Arp.c—— 源代码注释小组成员：李婷 1071000114 罗雪 1071000118 史雅萌 1071000119

Arp.c——源代码注释 小组成员：李婷 1071000114 罗雪 1071000118 史雅萌 1071000119 古丽布斯 1071000301

ARP ARP，即地址解析协议，实现通过IP地址得知其物理地址。

地址解析协议ARP是在主机ARP高速缓存（ARP cache）中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新。

基本原理： 当主机A要向本局域网上的某个主机C发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机C的IP地址。如有，就在ARP高速缓存中查出其对应的硬件地址，再把这个硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网把该MAC帧发往此硬件地址。

如果在ARP缓存表中没有找到目标IP地址，可能是主机C才入网，也可能是主机A刚加电，其高速缓存还是空的。这种情况下，主机A就自动运行ARP，然后按以下步骤找出主机C的地址。

1.ARP进程在本局域网上广播发送ARP请求分组。 分组内容表明：我的IP地址是209.0.0.5，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18请问IP地址为209.0.0.6的硬件地址是什么？”

2.在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。2.在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。

3.主机C在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址。其余的所有主机都不理睬这个ARP请求分组。3.主机C在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址。其余的所有主机都不理睬这个ARP请求分组。响应分组表明：我的IP地址是209.0.0.6，我的硬件地址是08-00-2B-00-EE-0A。

4.主机A接受到主机C的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机C的IP地址到物理地址的映射。4.主机A接受到主机C的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机C的IP地址到物理地址的映射。

在完成以上步骤的同时A和C还同时都更新了自己的ARP缓存表，下次A再向主机C或者C向A发送信息时，直接从各自的ARP缓存表里查找就可以了。在完成以上步骤的同时A和C还同时都更新了自己的ARP缓存表，下次A再向主机C或者C向A发送信息时，直接从各自的ARP缓存表里查找就可以了。大大增加了网络上的通信量。

ARP缓存表采用了老化机制（即设置了生存时间），在一段时间内（一般15到20分钟）如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。ARP缓存表采用了老化机制（即设置了生存时间），在一段时间内（一般15到20分钟）如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

设想有一种情况，主机A和C通信，A的ARP高速缓存里有C的硬件地址，但C的网络适配器突然坏了，C立即更换了一块,因此C的硬件地址就改变了，A在其ARP缓存中查找原先的硬件地址，因为C原先的硬件地址已经失效，所以无法找到C,但是如果过了定时器设定的时间，A的缓存表中已经删除了C的硬件地址，于是A重新广播发送ARP请求分组，又可以找到C.

使用ARP的四种典型情况 1.发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用ARP找到目的主机的物理地址。 2.发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的物理地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

3.发送方是路由器，要把IP数据报转发到本网络上的一个主机。这时用ARP找到目的主机的物理地址。3.发送方是路由器，要把IP数据报转发到本网络上的一个主机。这时用ARP找到目的主机的物理地址。 4.发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的物理地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

1、Arp_table • arp_tbl是一个类型为struct neigh_table的全局变量，它是一个ARP的缓存表，也称为邻居表。协议栈通过ARP协议获取到的网络上邻居主机的IP地址与MAC地址的对应关系都会保存在这个表中，以备下次与邻居通讯时使用，同时，ARP模块自身也会提供一套相应的机制来更新和维护这个邻居表。 • 下面逐个分析arp_tbl中的重要成员数据与函数：

1）entry_size，key_len，kmem_cachep • entry_size是一个入口的大小，也就是arp_tbl中一个邻居的大小，邻居用struct neighbour结构体表示，该结构体的最后一个成员是u8 primary_key[0]，用于存放IP地址，作为这个邻居的哈希主键。 • entry_size的大小就是sizeof(struct neighbour) + 4，由于用IP地址作主键，所以key_len就是4。 • kmem_cachep是一个后备高速缓存，创建一个邻居需要的内存从这个后备高速缓存中去取。

2）hash_buckets，hash_mask，entries，hash • hash_buckets是一个哈希数组，里面存放了arp_tbl当前维护的所有的邻居，hash_mask是哈希数组大小的掩码，其初始值为1，所以hash_buckets的初始大小为2(0到hash_mask的空间范围)。entries是整个arp_tbl中邻居的数量，当entries大于hash_mask+1的时候，hash_buckets增长为原来的两部。成员hash是一个哈希函数指针，用于计算哈希值。

3）phash_buckets，PNEIGH_HASHMASK • 这是用于代理ARP的邻居哈希表，PNEIGH_HASHMASK固定为0xF，所以phash_buckets固定有16项，其它与hash_buckets相同。 4）id • id作为这个邻居表的一个名称，是一个字符串信息，内核协议栈的arp_tbl的id是arp_cache。

5）gc_interval，gc_thresh1/2/3 • gc_interval应该是常规的垃圾回收间隔时间，被缺省置为30秒，但目前在源代码中似乎没有看到它的应用。 • gc_thresh1的用途暂时还没有发现，它缺省被置为128。 • gc_thresh2是第二个阀值，如果表中的邻居数量超过这个阀值，并且在需要创建新的邻居时，发现已经超过5秒时间表没有被刷新过，则必须立即刷新arp_tbl表，进行强制垃圾回收，这个值缺省被置为512。 • gc_thresh3是arp_tbl中允许拥有的邻居数量的上限，一旦超过这个上限，并且表中没有可以清理掉的垃圾邻居，那么就无法创建新的邻居，这个值缺省被置为1024 。

2、arp_print——转储ARP数据包 • arp_print(struct arphdr *arp) • { • int len, idx; • unsigned char *ptr; • if (inet_debug != DBG_ARP) return; • printk("ARP: "); • if (arp == NULL) { • printk("(null)\n"); • return; • }

3、arp_send_q()——发送ARP数据包 • arp_send_q(void) //arp数据报的发送 • { • struct sk_buff *skb; • struct sk_buff *volatile work_q; //定义sk_buff结构体指针 • cli(); • work_q = arp_q; • skb_new_list_head(&work_q); //skbuff为双向循环链表，该函数是为了在链表头部加入新的skb • arp_q = NULL; • sti(); • while((skb=skb_dequeue(&work_q))!=NULL) • { // 检查所有以&work_q为对首的队列中的包，若未超过重传限制的就发送，否则销毁。//如果包未准备好，就把包放入&arp_q为队首的队列中去。下次arp_send_q调用时再处理。处理过程同上。

4、arp_timer • timer是邻居的定时器，用于解析ARP，其超时函数是neigh_timer_handler。 • 定时器处理函数neigh_timer_handler首先确定下次的超时时间(如果这次解析没有成功)为当前时间加上parms的成员retrans_time的值（缺省设置为1秒)。所以，ARP解析的发包超时时间是1秒，连续尝试3次。ARP解析是通过ops的成员函数solicit去做的，该成员函数指针指向的arp_solicit函数，arp_solicit会实际发送ARP请求包。

5、arp_response——arp回复 • 在[arp]中，网关设备把自己的mac地址填充在arp response中，发送给原请求者。当然收到arp response之后也会把这个arp信息缓存下来，这样一个arp的过程就完成了。 • 以arp response的形式发送广播，它通常只是为了把自己的arp信息通告/更新给局域网全体，这种response不需要别人请求，是自己主动发送的通告。

6、arp_lookup • arp_lookup函数从ARP缓存表中以目的IP地址(网关IP或者同一子网内的对端IP地址)为哈希主键，寻找相应的邻居，如果找到的邻居的成员dev等于当前的网络设备接口，且primary_key等于当前的目的IP地址，则即为需要的邻居，返回即可。如果找不到，则创建。

7、arp_destructor——删除缓存表中的arp映射项 • 每个neighbour结构通过都neigh_ops定义了一组操作函数集,neigh_ops结构都由其父亲neigh_table定义的构造函数填充(include/net/neighbour.h). • struct neigh_ops • { • int family; • void (*destructor)(struct neighbour *); • void (*solicit)(struct neighbour *, struct sk_buff*); • void (*error_report)(struct neighbour *, struct sk_buff*); • int (*output)(struct sk_buff*); • int (*connected_output)(struct sk_buff*); • int (*hh_output)(struct sk_buff*); • int (*queue_xmit)(struct sk_buff*); • };

8、 arp_destroy——删除无效的映射项 • void arp_destroy(unsigned long paddr) • { • arp_destructor(paddr,1); • } • /* • 删除可能是无效的条目 • */

9、arp_create • arp_lookup函数从ARP缓存表中找不到相应的邻居，如果找不到，则需要通过调用arp_create函数创建一个新的邻居。 • 邻居被直接置成NUD_STALE（过期）状态。如果未被使用，则在60秒(parms->gc_staletime)后被定期回收的定时器处理函数回收掉。

10、arp_rvc —— 函数用于网络层收到一个arp请求时，测试请求包的内容 int arp_rcv(struct sk_buff *skb, /*接收到的包缓冲区指针*/ struct net_device *dev, /*接收到ARP包的网卡设备结构*/ struct packet_type *pt /*捕获的协议包类型， { struct arphdr *arp = skb->nh.arph; /*获取以太网帧中的数据部分 unsigned char *arp_ptr= (unsigned char *)(arp+1); struct rtable *rt; /*路由结构指针*/ unsigned char *sha, *tha; /*源、目的硬件地址指针*/ u32 sip, tip; /*源、目的IP地址*/ u16 dev_type = dev->type; /*网络设备硬件类型*/ int addr_type; /**/ struct in_device *in_dev = in_dev_get(dev); /*IP层设备结构指针*/ struct neighbour *n; /*邻居结构指针*/ • 包的硬件长度应该和网络设备的硬件长度匹配硬件类型也需要匹配,设备应该是支持ARP的.同时如果pln!=4,则ARP查找并非来自IP协议。这些情况都将包丢弃.

Arp.c—— 源代码注释 小组成员： 李婷 1071000114 罗雪 1071000118 史雅萌 1071000119