ping命令的实现详解.doc

当实现了对enc28j60的驱动后，我们就可以利用enc28j60来制定自己的TCP/IP协议协议了，本章主要以实现ping命令来实现对arp、ICMP数据包进行封装。 要实现ping命令，主要分为两大步，一是对数据链路层的arp包进行封装，通过被ping主机的ip地址实现对其MAC地址的解析，二是对ICMP的数据包进行封装，实现ping命令。1. ARP协议 地址解析协议（ARP）是联系IP协议和LAN协议的桥梁，它的应用范围是局域网（LAN），如以太网、FDDI、令牌网等，它是基于访问共享和广播技术的协议。该协议把节点的IP解析成对应的MAC地址（即物理地址），它可以在局域网内寻找IP所对应的MAC地址，并保持起来以供发送使用。ARP协议是基于数据链路层协议之上的，但它不属于网络层协议，它是数据链路层和网络层之间的通道，他属于数据链路层的一部分。ARP由两种帧组成，一种是请求帧，即在网络里面查找IP地址所对应的MAC地址；另一种是应答帧，即回答该IP地址所对应的MAC地址是多少。请求帧由要发送IP报的节点发出，它是一个广播报，子网中每一个节点都能够收到。各节点收到后，如果目标IP和自己的IP相同，就发送一个ARP应答报，否则就丢弃。当发送请求帧的节点接收到应答报后，就可以知道了对方的MAC地址，即可发送IP报。 ARP帧的以太网类型是0x0806，ARP帧不包括IP帧，总共有28个字节，ARP帧具体结构如图1.1所示：图1.1ARP帧结构 ARP帧结构各字段含义如表1.1所示：表1.1 ARP帧各字段含义字段名称字节长度描述硬件类型2字节指出数据链路层的协议，如0x0001表示以太网，0x0006表示令牌网协议类型2字节指出要解析的协议，如0x0800表示该ARP报要解析的协议为IP协议硬件地址长度1字节指出物理地址的长度，如以太网MAC地址长度是6字节，该字段就为0x06协议地址长度1字节指出要解析的协议地址的长度，如IP协议的IP地址长度为4字节，该字段就为0x04操作2字节用于表示该ARP帧的类型，如0x0001表示请求帧，0x0002表示应答帧发送端MAC地址6字节发送端硬件地址发送端IP地址4字节发送端IP地址接收端MAC地址6字节接收端硬件地址接收端IP地址4字节接收端IP地址ARP帧分为请求帧与应答帧，下面，通过CommView找包软件具体对ARP帧进行分析。请求帧如下：分析 由于ARP处于数据链路层，而在数据链路层下还有物理层，所以在发送ARP数据帧时，前面14个字节为以太网帧。1） EthernetII网络协议层分析发送目标的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF，即广播地址，本网段所以节点都能接受到，发送源MAC地址为00:26:82:D0:15:BA，下层协议为0x0806，即为ARP协议。实际EthernetII网络协议层接受数据 FF FF FF FF FF FF 00 26-82 D0 15 BA 08 062） ARP协议分析 硬件类型为以太网类型0x0001，要解析的协议类型为0x0800，即为IP协议，硬件地址长度为6，协议地址长度为4，操作为请求0x0001，发送端源MAC地址为00:26:82:D0:15:BA，发送端源IP地址为192.168.25.64，目标MAC地址为00:00:00:00:00:00，目标IP地址为192.168.25.6。 实际接受ARP帧数据 00 01 08 00 06 04 00 01 00 26-82 D0 15 BA C0 A8 19 40 00 00 00 00 00 00 C0 A8 19 06 应答帧如下 1） EthernetII网络协议层分析发送目标的MAC地址为00:26:82:D0:15:BA，发送源MAC地址为11:22:33:44:55:66，下层协议为0x0806，即为ARP协议。实际EthernetII网络协议层接受数据 00 26 82 D0 15 BA 11 22-33 44 55 66 08 062） ARP协议分析 硬件类型为以太网类型0x0001，要解析的协议类型为0x0800，即为IP协议，硬件地址长度为6，协议地址长度为4，操作为应答0x0002，发送端源MAC地址为11:22:33:44:55:66，发送端源IP地址为192.168.25.6，目标MAC地址为00:26:82:D0:15:BA，目标IP地址为192.168.25.64。 实际接受ARP帧数据 00 01 08 00 06 04 00 02 11 22-33 44 55 66 C0 A8 19 06 00 26 82 D0 15 BA C0 A8-19 40 2ICMP协议 ICMP本身是网络层协议。但是，它的报文不是如设想的那样直接传送给数据链路层。实际上，ICMP报文首先要封装成IP数据报，然后在传送给下一层。 2.1 网络层协议 IP协议是TCP/IP协议栈的核心。IP报是由报头和负载组成的。报头的长度范围为2060字节，有效负载的范围为865515字节。IP报头的封装如图2.1所示，现在分为第4版和第6版，第6版还没有完成推广。所以这里只介绍第4版的IP协议，即IPV4。图2.1IP报头IP帧结构各字段含义如表2.1所示：表2.1IP帧各字段含义字段名称字节长度描述版本4位表示该IP报的版本号IP报头长度4位表示IP报头的大小。它的数值范围是0x50xF，表示4的倍数的值服务类型1字节表示路由器传递数据报时所使用的服务质量总长度2字节表示该IP报的总长度（IP报头+有效负载）标识符3位也叫分段标志。最高位是保留位，为0；第二位是分段标志位，也称为DF位，为0是分段，为1是不分段最低位为更多段标志位，也称为MF位，为1表示分段还没有结束，为0表示该分段结束分段偏移量13位也是与分段有关，它的值等于分段的数据相对该完整数据帧的起始位置生存周期1字节也叫TTL，表示IP数据报被丢弃前可以经过多少个IP路由器，即转发的次数协议1字节表示有效负载内包含上层协议的类型，如TCP是6，UDP是17，ICMP是1，IGMP是2信息头校验2字节用来检验IP报头传输数据的完整性源IP地址4字节指本节点的IP地址目的IP地址4字节目标节点的IP地址IP选项和填充字符4字节的增加，长度不定字段长度具体取决所选择的IP选项IP帧如下：IP头部帧分析 版本为4，就是说IP地址由4字节组成。IP报头长度为20字节。服务类型为0，没有使用服务。IP数据帧的总长度为60字节（加上以太网首部14字节共74字节）。IP报标识为0x85E3。标志字段和片偏移字段设计为0x0000，就是DF=0允许分段，MF=0没有更多的分段，没有偏移。生存时间TTL是64。上层协议为ICMP协议。IP报首部校验和为0x4147.发送源IP地址为192.168.25.64，发送目标IP地址为192.168.25.6。实际接受ARP帧数据 45 00 00 3C 85 E3 00 00 40 01 41 47 C0 A8 19 40 C0 A8 19 062.2 ICMP协议ICMP是Internet控制信息协议，在结构上是属于传输层的，但在实际功能上是属于网络层的，是IP层的组成部分。ICMP协议为IP数据报提供传输过程中遇到的路由和传送错误报告。ICMP数据报总长度40个字节，前8个字节为报头信息，后面32字节为填充信息。ICMP数据报封装如图2.2所示：图2.2ICMP数据报ICMP帧结构各字段含义如表2.2所示：表2.2ICMP帧字段含义字段名称字节长度描述类型1字节表示ICMP帧的类型，具体如表2.3所示代码1字节表示在该类型下的错误代码，只有差错报文才有，其余都为0校验和2字节用来检验ICMP报头传输数据的完整性标识符2字节Windows下的ping一般发生0x0100或0x0200，如果是回应应答，就应该保持标识符与回应请求相同序列号2字节是一个随机数，如果是回应应答，就应该保持标识符与回应请求相同数据区32字节如果是回应应答，就应该保持标识符与回应请求相同表2.3ICMP的类型类型描述0回应应答（PING应答）3无法达到的目的地4源中断5重定向8回应请求（PING请求）9路由通过10路由选择11超时12IP报参数设错了13时间戳请求14时间戳应答17地址掩码请求18地址掩码应答跟ARP帧一样，ICMP帧也分为请求帧和应答帧。请求帧分析：ICMP请求帧分析： 类型为8，表示回应请求。代码为0。ICMP校验和为0x0200。标识符为0x0200，序列号为0x2100。数据区长度为32字节。实际接受ICMP帧数据： 08 00 2A 5C 02 00 21 00 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 71 72 73 74 75 76 77 61 62 63 64 65 66 67 68 69应答帧分析：ICMP应答帧分析：