C言語でARPパケットのやり取りを行いたい(C言語によるフレーム送信のやり方)

Question

いつもお世話になっております。
件名の事について質問があります。

現在ARPパケットを取得するプログラムを作成しています。
ARPパケットの通信を行いたいのですが上手くいきません。

上手くいきませんと言うかよく分かりません。
ネット上のサンプルを見るとC言語でARPを実現させるには

if((iSock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL))) < 0 ){
  perror("socket");
  exit(0);
}

とか

if((sockA = socket((AF_PACKET, SOCK_DGRAM, htons(ETH_P_ARP))) < 0 ){
  perror("socket");
  exit(0);
}

など書かれていますが、そもそも低レイヤーを扱うAF_PACKET(PF_PACKET)の定義がどこにもありません。
自分でマクロ定義しようとしましたが AF_PACKET(PF_PACKET) の値の情報もありません。
第一引数を AF_INET にしてみましたがエラーになります。

環境

• Windows7 Professional x64
• Cygwin 2.0.1
• clang version 3.5.1

ソース

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> /* for strncpy */

#include <net/if.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>

#define ARPHRD_ETHER    (1)     /* Ethernet 10Mbps              */
#define ETH_P_IP        (0x800)
#define ETH_P_ARP       (0x0806)
#define ETH_HLEN        (6)	/* MACアドレス長 */
#define ETH_PLEN        (4)	/* IPv4アドレス長 */
#define ARPOP_REQUEST   (1)

typedef unsigned char u_int8_t; // ISO C にあるらしい

struct arphdr {
    unsigned short int ar_hrd;  /* Format of hardware address.  */
    unsigned short int ar_pro;  /* Format of protocol address.  */
    unsigned char  ar_hln;      /* Length of hardware address.  */
    unsigned char  ar_pln;      /* Length of protocol address.  */
    unsigned short int ar_op;   /* ARP opcode (command).  */
};

struct  ether_arp {
    struct arphdr ea_hdr;    	/* fixed-size header */
    u_int8_t arp_sha[ETH_HLEN]; /* sender hardware address */// 送信元MACアドレス
    u_int8_t arp_spa[ETH_PLEN];	/* sender protocol address */// 送信元IPアドレス
    u_int8_t arp_tha[ETH_HLEN]; /* target hardware address */// 宛先MACアドレス( All 0 )
    u_int8_t arp_tpa[ETH_PLEN];	/* target protocol address */// 宛先IPアドレス(取得したIPv4アドレス)
};

int send_arp()
{
	struct ether_arp arpbody;
	struct sockaddr_in sockaddr;
	int arp_sock = 0;
	long lReturn = 0;
	struct ifreq ifr;
	printf("send arp!!\n");

	// デバイスソケットを作成する
// 	if ((arp_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
	if ((arp_sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP))) < 0) {
	    printf("ioctl socket creation");
	    exit(1);
	}

	ifr.ifr_addr.sa_family = AF_INET;
	strncpy(ifr.ifr_name, "{E1205058-1BF3-4591-AA26-936B4AF08E1F}", IFNAMSIZ-1);
	
	// 送信元MACアドレス
	lReturn = ioctl(arp_sock, SIOCGIFHWADDR, &ifr);	
	memcpy(arpbody.arp_sha, ifr.ifr_hwaddr.sa_data, ETH_HLEN);
 
	// 送信元プロトコルアドレス
	lReturn = ioctl(arp_sock, SIOCGIFADDR, &ifr);
  	memcpy(&sockaddr, &(ifr.ifr_addr), sizeof(sockaddr));
   	memcpy(arpbody.arp_spa, &(sockaddr.sin_addr), 4);




	// 作成したソケットにread/writeして送受信する。
	arpbody.ea_hdr.ar_hrd = htons(ARPHRD_ETHER);
	arpbody.ea_hdr.ar_pro = htons(ETH_P_IP);	/* ARP Protocol Number */

	arpbody.ea_hdr.ar_hln = ETH_HLEN;
	arpbody.ea_hdr.ar_pln = ETH_PLEN;
	arpbody.ea_hdr.ar_op  = htons(ARPOP_REQUEST);

	// 宛先MACアドレス
	memset(arpbody.arp_tha, 0x00, ETH_HLEN); //arpbody.arp_tha
	// 宛先IPアドレス
	//inet_ntop(AF_INET, &tFromAddr.sin_addr, arpbody.arp_tpa, sizeof(arpbody.arp_tpa));
	inet_aton( "192.168.10.4", &arpbody.arp_tpa );


	memset(&sockaddr, 0x0, sizeof(sockaddr));
    sockaddr.sin_family = AF_INET;	// AF_PACKET
    sockaddr.sin_port = htons(ETH_P_ARP);
    memset(&sockaddr.sin_addr, 0xff, ETH_HLEN);

	lReturn =  sendto(arp_sock, (char *)&arpbody, sizeof(arpbody), 0, (struct sockaddr*)&sockaddr, sizeof(struct sockaddr_in));
	if(lReturn < 0){
		printf("Error! sendto %d\n", errno);
		close(arp_sock);
		return -1;
	}



	/* recv */	
	while(1) {
		char buf[256];
		memset(buf,0x0,sizeof(buf));
		int arp_size = recvfrom(arp_sock, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
		if(arp_size < 0) {
			printf("errno: %d\n",errno);
			if (errno == EAGAIN) {
				/* まだ来ない。*/
				printf("MADA KONAI\n");
			} else {
				perror("recv");
				break;
			}
		}else{

			/* 受信したデータはARPパケットなので、その形にキャストして情報にアクセスする */
			struct ether_arp *arppack = (struct ether_arp*) buf;
			
			printf("arppack->arp_tha[0]:%x\n", arppack->arp_tha[0]);
			printf("arppack->arp_tha[1]:%x\n", arppack->arp_tha[1]);
			printf("arppack->arp_tha[2]:%x\n", arppack->arp_tha[2]);
			printf("arppack->arp_tha[3]:%x\n", arppack->arp_tha[3]);
			printf("arppack->arp_tha[4]:%x\n", arppack->arp_tha[4]);
			printf("arppack->arp_tha[5]:%x\n", arppack->arp_tha[5]);
		}
	}
	close(arp_sock);
}




int main(int argc, char **argv){
	printf("main start\n");
	send_arp();
	return 0;
  
}

取り急ぎこんな感じのソースを書いてみましたが、ちょっと自分でももう一度推敲し直そうと思います。
質問の内容とは乖離しますが、低レイア層の通信の仕方を教えてください。

Answer 1

cygwinでのソケット通信はやった事がないので不確情報ですが、検索すると
古い情報ですが、cygwinのソケットはAF_PACKETをサポートしていない
http://cygwin.cygwin.narkive.com/2euIqwLl/undefined-ifr-ifindex-problem
Linuxでやるべきだとか

答えは返ってきていないが
https://www.zhihu.com/question/37042290
cygwinではAF_PACKETをサポートしてないの？
という書き込みがみられます。

cygwinはlinuxライクではあるけどやはりwindowsという事で難しいのかもしれません（不確情報ですのであくまでふと思った位のレベルですが）

Comments

[izuki_y]

回答ありがとうございます。
やはり存在しなさそうですね。

そもそもUDP/TCP通信は行っても、
わざわざデータリンク層からのフレーム通信を行う人はあんまり居ないですよね。

PF_SOCKETの値を直に設定すれば再現できるかと思いましたがそれすらも見つからなさそうなので
暫く他の回答者さんを待ってみる事にします。

貴重な情報ありがとうございました

Answer 2

[1] の29章「Datalink Access」に解説がありますが、パケットをデータリンク層で直接読む方式としては、BSDのBSD Packet Filter (BPF)、SVr4のDatalink Provider Interface (DLPI)、LinuxのPF_SOCKETがあるそうです。Cygwinがどれに当たるのかは書いてないのでわかりませんが、これらのラッパとしてlibpcapなどがあるとのこと。

libpcapはCygwinでも使えるようです。また、パケットをデータリンク層で投げるほうは、普通にSOCK_RAWでできそうですね。

• 同書にはlibpcapを使った詳細な解説つきのサンプルプログラムが載っています。
• あと、arpingのソースもCygwin用のコードを含んでいます。やはりlibpcapを使っているようです。

参考になれば。

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[1] W. Richard Stevens et al (2009). “Unix Network Programming: Volume 1: The Sockets Networking API, 3rd Edition”. Addison Wesley.
良書です。おすすめは第1巻の第3版 (日本語版は出ていない)。

Comments

[izuki_y]

回答ありがとうございます。

libcapについて調べてみます。
SOCK_RAWでの送信は試してみたのですが、ソケット生成の時点でpermission errorになりました。

ドライバの担当者にラッパ関数を作ってもらう事で通信できるようになると返事を頂きました。
ドライバの下回りはLinuxで作っているらしいのでPF_SOCKETを使える環境下なのかもしれません。

本当にありがとうございました。