综合性实验（2） 通过编程获取IP地址与MAC地址的对应关系

实验内容说明

通过编程获取IP地址与MAC地址的对应关系实验，要求如下：

（1）在IP数据报捕获与分析编程实验的基础上，学习WinPcap（NPcap）的数据包发送方法。

（2）通过WinPcap（或NPcap）编程，获取IP地址与MAC地址的映射关系。

（3）程序要具有输入IP地址，显示输入IP地址与获取的MAC地址对应关系界面。界面可以是命令行界面，也可以是图形界面，但应以简单明了的方式在屏幕上显示。

（4）编写的程序应结构清晰，具有较好的可读性。

实验步骤

项目设计思路

本次实验需要获取主机网卡中对应IP的MAC地址，可以利用ARP请求方法，过程如下

1. 获取网络接口卡列表，选择需要捕获MAC地址的网卡A（或选择对应的IP）
2. 伪造ARP请求报文S，内容要求如下：
   • ARP请求
   • 广播
   • 伪造源MAC地址和源IP地址
   • 目的IP地址为网卡A的IP地址
3. 用网卡A发送报文S‘
4. 对网卡A进行流量监听，筛选其中的ARP报文（类型为0x806），捕获网卡A的ARP响应报文，在响应报文的帧首部源MAC地址部分可以看到发送该ARP响应的网卡对应的MAC地址

• 注意：由于广播发送只能在相同网段的网卡内进行发送，而主机上各个网卡的IP可能并不在同一网段，例如子网掩码为255.255.255.0的两个IP192.168.89.1和192.168.240.1，不能接收到对方的广播消息。所以必须本次实验必须==使用相同的网卡发出和响应ARP报文==

关键代码分析

• 获取设备列表

  将设备列表存储至alldevs中

  pcap_findalldevs_ex(pcap_src_if_string, NULL, &alldevs, errbuf)

• 打印网卡信息和对应IP

  int i = 0; for (pcap_if_t* d = alldevs; d != nullptr; d = d->next)//显示接口列表 { //获取该网络接口设备的ip地址信息 for (pcap_addr* a = d->addresses; a != nullptr; a = a->next) { if (((struct sockaddr_in*)a->addr)->sin_family == AF_INET && a->addr) {//打印ip地址 i++; printf("%d ", i); //打印相关信息 //inet_ntoa将ip地址转成字符串格式 printf("%s\t", d->name, d->description); printf("%s\t%s\n", "IP地址:", inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)a->addr)->sin_addr)); net[i] =d; //将ip列表存入数组，方便后面选择目的ip和组装数据包 strcpy(ip[i], inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)a->addr)->sin_addr)); } } }

  打印示例：

  

• 打开网络接口卡

  pcap_t* open(char* name)//打开网络接口 { pcap_t *temp=pcap_open(name, 65536, PCAP_OPENFLAG_PROMISCUOUS, 100, NULL, errbuf); if (temp==NULL) printf("error"); return temp;//返回一个指针 }

  pcap_t* ahandle;//发送arp请求的网卡 ahandle = open(net[index]->name);

• 组装报文

  //报文格式 #pragma pack(1)//以1byte方式对齐 typedef struct FrameHeader_t {//帧首部 BYTE DesMAC[6];//目的地址 BYTE SrcMAC[6];//源地址 WORD FrameType;//帧类型 }FrameHeader_t; typedef struct ARPFrame_t {//IP首部 FrameHeader_t FrameHeader; WORD HardwareType;//硬件类型 WORD ProtocolType;//协议类型 BYTE HLen;//硬件地址长度 BYTE PLen;//协议地址长度 WORD Operation;//操作类型 BYTE SendHa[6];//发送方MAC地址 DWORD SendIP;//发送方IP地址 BYTE RecvHa[6];//接收方MAC地址 DWORD RecvIP;//接收方IP地址 }ARPFrame_t;

  //报文内容 ARPFrame_t ARPFrame; //将APRFrame.FrameHeader.DesMAC设置为广播地址 for (int i = 0; i < 6; i++) ARPFrame.FrameHeader.DesMAC[i] = 0xff;//表示广播 //将APRFrame.FrameHeader.SrcMAC设置为本机网卡的MAC地址 for (int i = 0; i < 6; i++) ARPFrame.FrameHeader.SrcMAC[i] = 0x0f; ARPFrame.FrameHeader.FrameType = htons(0x806);//帧类型为ARP ARPFrame.HardwareType = htons(0x0001);//硬件类型为以太网 ARPFrame.ProtocolType = htons(0x0800);//协议类型为IP ARPFrame.HLen = 6;//硬件地址长度为6 ARPFrame.PLen = 4;//协议地址长为4 ARPFrame.Operation = htons(0x0001);//操作为ARP请求 //将ARPFrame.SendHa设置为本机网卡的MAC地址 for (int i = 0; i < 6; i++) ARPFrame.SendHa[i] = 0x0f; //将ARPFrame.SendIP设置为本机网卡上绑定的IP地址 ARPFrame.SendIP = inet_addr("122.122.122.122"); //将ARPFrame.RecvHa设置为0 for(int i=0;i<6;i++) ARPFrame.RecvHa[i] = 0;//表示目的地址未知 //将ARPFrame.RecvIP设置为请求的IP地址 ARPFrame.RecvIP = inet_addr(ip[index]);

  注意：帧首部信息中的目的MAC地址为==全1==代表该条报文需要==广播==发送，而请求报文的目的MAC地址为==全0==表示==目的地址未知==

• 发送消息

  用ahandle网卡发送ARPFrame中的内容，报文长度为sizeof(ARPFrame_t)，如果发送成功，返回0

  pcap_sendpacket(ahandle, (u_char*)&ARPFrame, sizeof(ARPFrame_t))

• 捕获流量

  while (1)//可能会捕获到多条消息 { pcap_pkthdr* pkt_header; const u_char* pkt_data; int rtn = pcap_next_ex(ahandle, &pkt_header, &pkt_data); if (rtn == 1) { ARPFrame_t* IPPacket = (ARPFrame_t*)pkt_data; if (ntohs(IPPacket->FrameHeader.FrameType) == 0x806) {//输出目的MAC地址 if (!compare(IPPacket->FrameHeader.SrcMAC, ARPFrame.FrameHeader.SrcMAC))//不是一开始发送的广播arp请求 { printf(" MAC地址为:"); //输出MAC地址 for (int i = 0; i < 6; i++) { printf("%02x.", IPPacket->FrameHeader.SrcMAC[i]); } break;//找到MAc地址，退出 } } } }

• 获取远程网卡的MAC地址

  获取远程MAC地址有两个方法

  • 方法一：封装ARP请求时使用本机网卡的IP和MAC地址

    1. 先利用上述方法请求本地网卡的MAC地址，将本机IP和MAC填入报文

       ARPFrame.FrameHeader.SrcMAC[i] = IPPacket->FrameHeader.SrcMAC[i]; ARPFrame.SendHa[i] = IPPacket->FrameHeader.SrcMAC[i];

    2. 重新发送ARP请求

       pcap_sendpacket(ahandle, (u_char*)&ARPFrame, sizeof(ARPFrame_t))

       注意这里会返回网关和远程主机的MAC地址

  • 方法二：直接使用伪造的IP和MAC地址进行发送

    虽然本机网卡发送时需用的是虚拟MAC和IP地址，但是网关接收到组建的ARP请求后会由网关发出一个ARP请求，找到本机发送网卡的真实IP和MAC地址，从而进一步获取远程主机的MAC。

实验结果

1. 查询1（本机）：

   

   使用命令行进行查询

   

   结果一致

2. 查询2（远程）：

   

   

   结果一致

3. 查询3（对应网关）