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C/C++詳解實現(xiàn)二層轉發(fā)

 更新時間:2022年05月24日 08:37:07   作者:程序猿編碼  
數(shù)據(jù)鏈路層是開放系統(tǒng)互連 (OSI) 模型中的第二層,該層用于通過 LAN 等單一網(wǎng)絡進行通信的節(jié)點,第二層數(shù)據(jù)包不能從一個網(wǎng)絡傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)絡。而二層轉發(fā)是根據(jù)報文的目的MAC直接進行轉發(fā),轉發(fā)過程中不用對報文的頭部做任何的修改

OSI第2層

前兩個字段分別是目的地址和源地址字段。第3個字段是2字節(jié)的類型字段,用來標識上一層是什么協(xié)議。

數(shù)據(jù)鏈路層有兩個子層:邏輯鏈路控制 (LLC) 子層和媒體訪問控制 (MAC) 子層。

媒體訪問控制 (MAC):MAC 子層處理硬件標識號的分配,稱為 MAC 地址,它唯一地標識網(wǎng)絡上的每個設備。 任何兩個設備都不應具有相同的 MAC 地址。 MAC 地址是在制造時分配的。 大多數(shù)網(wǎng)絡都會自動識別它。 MAC 地址位于網(wǎng)卡 上。

交換機跟蹤網(wǎng)絡上的所有 MAC 地址。

邏輯鏈路控制 (LLC):LLC 子層處理成幀尋址和流量控制。 速度取決于節(jié)點之間的鏈接,例如以太網(wǎng)或 Wifi。

第 2 層上的數(shù)據(jù)單元是一個幀。每個幀都包含一個幀頭、正文和一個幀尾:

Header:通常包括源節(jié)點和目標節(jié)點的 MAC 地址。

Body:由正在傳輸?shù)奈唤M成。

Trailer:包括錯誤檢測信息。 當檢測到錯誤時,根據(jù)網(wǎng)絡或協(xié)議的實現(xiàn)或配置,幀可能會被丟棄,或者可能會將錯誤報告給更高層以進行進一步的糾錯。

error detection mechanisms::循環(huán)冗余校驗 (CRC) 和幀校驗序列 (FCS)。

通常有一個最大幀大小限制,稱為最大傳輸單元,MTU。 巨型幀超過標準 MTU.

通過ARP解析出目標 MAC 地址?

傳統(tǒng)交換在 OSI 模型的第 2 層運行,其中數(shù)據(jù)包根據(jù)目標 MAC 地址發(fā)送到特定的交換機端口。第 2 層網(wǎng)段中的設備不需要路由即可到達本地對等點。 然而,需要的是可以通過地址解析協(xié)議 (ARP) 解析的目標 MAC 地址,如下所示:

在這里,PC A 想要將流量發(fā)送到 IP 地址為 192.168.1.6 的 PC B。 然而,它不知道唯一的 MAC 地址,直到它通過 ARP 發(fā)現(xiàn)它,該 ARP 在整個第 2 層網(wǎng)段中廣播。

然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送到適當?shù)哪繕?MAC 地址,交換機將根據(jù)其 MAC 地址表將正確的端口轉發(fā)出去。

什么是MAC地址表

MAC地址表是在交換機中記錄局域網(wǎng)主機和對應接口關系的表,交換機就是根據(jù)這張表負責將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)街付ǖ闹鳈C上的。

MAC地址表可以動態(tài)的學習數(shù)據(jù)幀中的原MAC地址。在MAC地址表中,交換機的一個接口可以對應多個MAC地址。一個MAC地址只能對應在一個接口上。下面是MAC地址表形成的具體過程,如下:

二層轉發(fā)C/C++代碼實現(xiàn)

cethping:

void ethping(char *destination, char* interface){
    //創(chuàng)建原始套接字。 指定接口名稱
    struct RawSocket* rawsocket = new_RawSocket(interface);
    //數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
    unsigned char buf[1024];
    //定義數(shù)據(jù)包。 投射以匹配以太網(wǎng)幀的格式
    struct ethhdr_frame* eth_packet = (struct ethhdr_frame*)buf;
    //存儲發(fā)送方和接收方的 MAC 地址。 協(xié)議類型是可選的,并且指定了 0x0806。
    //根據(jù)指定的接口名稱獲取發(fā)送者的MAC地址
    memset(buf, 0x0, sizeof(eth_packet));
    set_macaddr_from_string(destination, eth_packet->h_dest);
    set_macaddr_from_ifname(interface, eth_packet->h_source);
	eth_packet->h_proto = 0x0806;
    //在payload中設置字符串“Hello”
    char* data = "Hello";
    memcpy(eth_packet->payload, data, sizeof(data)); 
    //綁定指定接口上的socket
    rawsocket->bind_rawsocket(rawsocket);
    int send_size = send(rawsocket->socket, &buf, sizeof(buf), 0);
    printf("%dbyte send.\n", send_size);
    //關閉原始套接字
    rawsocket->close_rawsocket(rawsocket);
}
int main(int argc, char *argv[]){
    if(argc != 3){
        printf("usage: %s <destination> <interface>", argv[0]);
        exit(0);
    }
    char *destination = argv[1];
    char *if_name = argv[2];
    ethping(destination, if_name);
    return 0;
}

cethpingd:

void start_daemon(char *interface){
    //創(chuàng)建原始套接字(指定接收器接口名稱)
    struct RawSocket* rawsocket = new_RawSocket(interface);
    int len;
    //使用 bind 綁定到接口
    rawsocket->bind_rawsocket(rawsocket);
    while(1){
        int len = rawsocket->recv_rawsocket(rawsocket);
        struct ethhdr_frame *data = (struct ethhdr_frame*)(rawsocket->buf);
        fflush(stdout);
        //顯示接收到的數(shù)據(jù)包的內容
        if(len > 0){
            printf("src: ");
            print_macaddr(data->h_source);
            printf(", ");
            printf("dst: ");
            print_macaddr(data->h_dest);
            printf(", ");
            printf("type: ");
            printf("%02x", (uint16_t)data->h_proto);
            printf(", ");
            printf("payload: ");
            printf("%s", data->payload);
            printf("\n");
        }
    }
}
int main(int argc, char *argv[]){
    if(argc != 2){
        printf("usage: %s <interface>", argv[0]);
        exit(0);
    }
    char *if_name = argv[1];
    start_daemon(if_name);
    return 0;
}

編譯:

增加兩個虛擬網(wǎng)卡:

運行:

總結

轉發(fā)是將連接到網(wǎng)絡交換機一個端口的設備的網(wǎng)絡流量傳遞到連接到交換機上另一個端口的另一個設備的過程。

當?shù)?2 層以太網(wǎng)幀到達網(wǎng)絡交換機上的端口時,交換機會讀取以太網(wǎng)幀的源 MAC 地址作為學習功能的一部分,它還會讀取目標 MAC 地址作為轉發(fā)功能的一部分。目標 MAC 地址對于確定連接目標設備的端口號很重要。如果在 MAC 地址表中找到目的 MAC 地址,則交換機通過 MAC 地址對應的端口轉發(fā)以太網(wǎng)幀。

參考:

《TCP IP詳解卷一》

到此這篇關于C/C++詳解實現(xiàn)二層轉發(fā)的文章就介紹到這了,更多相關C語言二層轉發(fā)內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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