南京大学本科生实验报告¶

课程名称： 计算机网络 任课教师：田臣

学院	工程管理学院	专业（方向）	计算机金融
学号	211275022	姓名	田昊东
Email	1040880153@qq.com	开始/完成日期	2023/4/16~2023/4/16

实验名称¶

Lab3 Respond to ARP¶

实验目的¶

本实验是ipv4路由器章节的第一部分，主要任务是实现有关arp包的接受、处理、缓存等操作的路由器程序。
本实验主要分为对arp包进行存储和对arp包进行缓存两部分

实验内容¶

task2 Handle ARP Request¶

实现原理¶

代码分为两部分
第一部分是在构造函数中获取路由器个端口的ip和mac地址，建立字典存储映射关系，方便后续进行查找
- python self.interfaces={} for item in net.interfaces(): self.interfaces[item.ipaddr]=item.ethaddr
第二部分在nandle_packet中，需要先判断是不是发向路由器某个端口的arp请求包，如果是的话就根据第一部分的到的字典构造回复包并发送
- python arp = packet.get_header(Arp) if arp is not None and arp.operation == ArpOperation.Request and arp.targetprotoaddr in self.interfaces: #构造arp回复包 res = create_ip_arp_reply(self.interfaces[arp.targetprotoaddr], arp.senderhwaddr, arp.targetprotoaddr, arp.senderprotoaddr) #发送arp回复包 self.net.send_packet(ifaceName, res) return

给定测试结果¶

自定义测试¶

测试思路¶

测试包共包含三种情况：
发送向路由器一个端口的arp请求，应该答复
发送向非路由器端口的arp请求，应该丢弃
发送向路由器端口的非arp包，应该丢弃

def test_router():
    s = TestScenario("router tests")
    s.add_interface('eth0', '10:00:00:00:00:01','1.0.0.1')
    s.add_interface('eth1', '10:00:00:00:00:02','1.0.0.2')
    s.add_interface('eth2', '10:00:00:00:00:03','1.0.0.3')

    # 发送向路由器一个端口的arp请求，应该答复
    receive_pkt = create_ip_arp_request("20:00:00:00:00:01", "2.2.2.2", "1.0.0.1")
    s.expect(PacketInputEvent("eth0", receive_pkt), "An Arp package from 2.2.2.2(20:00:00:00:00:01) to 1.0.0.1(10:00:00:00:00:01) should arrive on eth0")
    send_pkt = create_ip_arp_reply("10:00:00:00:00:01","20:00:00:00:00:01","1.0.0.1","2.2.2.2")
    s.expect(PacketOutputEvent("eth0", send_pkt), "Ethernet frame destined to 20:00:00:00:00:02 should be send from eth0")
    # 发送向非路由器端口的arp请求，应该丢弃
    receive_pkt = create_ip_arp_request("20:00:00:00:00:01", "2.2.2.2", "2.0.0.1")
    s.expect(PacketInputEvent("eth0", receive_pkt), "An Arp package from 2.2.2.2(20:00:00:00:00:01) to 2.0.0.1(10:00:00:00:00:01) should arrive on eth0")
    s.expect(PacketInputTimeoutEvent(1.0), "No packet should send to eth0")
    # 发送像路由器端口的非arp包，应该丢弃
    receive_pkt = new_packet("20:00:00:00:00:01", "10:00:00:00:00:01", "2.2.2.2", "1.0.0.1")
    s.expect(PacketInputEvent("eth0", receive_pkt), "An eternet package from 2.2.2.2(20:00:00:00:00:01) to 1.0.0.1(10:00:00:00:00:01) should arrive on eth0")
    s.expect(PacketInputTimeoutEvent(1.0), "No packet should send to eth0")
    return s

测试结果¶

抓包分析¶

从server1向10.1.1.2（路由器的一个端口）进行ping操作
可以看到server1先发送了arp请求包询问目标ip对应的mac地址，由于这个地址是一个路由器端口，因此路由器会进行答复，返回一个arp答复包
从抓包信息可以看到：请求包中的目的mac地址为全0，进行了广播，这是因为现在只知道目的地址的ip而不知道mac，否则就不需要发送arp了
从接受到的路由器返回的arp答复包中可以看到，地址不再有空缺，现在已将有了对话双方的ip和mac地址的全部信息
之后发送了三个icmp包，但是都没有收到答复，这是因为当前阶段的路由器只会处理发向自己的arp包，其他包都会被直接丢弃

task3 Cached ARP Table¶

arp表类结构：

```python class Arptable: def init(self): self.table = {} self.timeout = 100

# 添加或更新arp缓存
def update(self, ip, mac):
    # 先删除超时的arp缓存
    self.check()
    # 添加或更新arp缓存
    self.table[ip] = (mac, time.time())
    # 打印arp缓存
    print("arp cache: ", self.table)

# 删除超时的arp缓存
def check(self):
    for ip, (mac, t) in self.table.items():
        if time.time() - t > self.timeout:
            del self.table[ip]

```

使用一个字典来维护ip和mac的对应关系
目前提供两种操作：
- update：如果ip已经在表中了，则更新mac地址，并重置时间；如果不在则直接添加进来
- check：检查是否有表项超时，如果有则删除
测试：
先用server1 ping server2可以看到表项中多了server1的信息
再立即用server2 ping server1可以看到表中又多了server2的信息
等待一段时间后用用server1 ping client 表中只有server1的信息，这说明之前的缓存信息已经由于超时被删除

实验总结¶

这次实验总体上任务比较少，也比较简单，只实现了路由器与arp相关的部分功能
期待逐步完善，最终实现一个较为完整的ipv4路由器程序