Linux-ARP 路由器项目

项目简介

本项目是一个基于 Linux 原始套接字实现的 ARP/IP 路由实验系统，使用 C 语言编写。程序通过 PF_PACKET 原始套接字捕获以太网数据包，利用多线程分别处理 ARP 缓存、IP 转发和用户命令输入，支持 IP 黑名单过滤和 ARP 缓存表动态维护。

主要功能

• ARP 缓存管理：维护 ARP 缓存链表，支持根据 IP 查找 MAC 地址、添加/更新条目、打印和释放链表。
• IP 过滤（黑名单）：维护 IP 过滤链表，启动时从 ip_config 文件加载，支持命令行动态增删，数据自动保存到配置文件。
• 网络接口探测：通过 getifaddrs 获取所有 IPv4 网络接口的名称、IP、子网掩码、广播地址和 MAC 地址。
• IP 数据包转发：接收到的 IP 数据包经黑名单过滤后，根据目的 IP 查找 ARP 缓存获取目标 MAC，并通过对应网络接口转发。
• 多线程架构：使用 pthread 实现键盘命令线程、ARP 包处理线程和 IP 转发线程的分离。
• 命令行交互：支持 arp、ip、setip a.b.c.d、delip a.b.c.d、quit、help 等命令。

目录结构

Linux-ARP/
├── CMakeLists.txt              # CMake 构建配置
├── makefile                    # Makefile 构建配置
├── .gitignore
├── README.md
├── document/
│   └── 路由器项目规划书.pdf
└── src/
    ├── main.c / main.h         # 程序入口，全局变量定义，主循环与线程调度
    ├── arp/
    │   ├── arp_link.c / arp_link.h   # ARP 缓存链表 CRUD
    │   └── arp_pthread.c / arp_pthread.h  # ARP 包处理线程
    ├── ip/
    │   ├── ip_link.c / ip_link.h     # IP 过滤链表 CRUD + 配置文件读写
    │   └── ip_pthread.c / ip_pthread.h  # IP 转发线程
    ├── interface/
    │   ├── get_interface.c / get_interface.h  # 网络接口信息获取
    └── cmd/
        ├── key_thread.c / key_thread.h      # 键盘命令处理线程

编译与运行

环境要求

• Linux 操作系统
• GCC 编译器
• pthread 库

使用 CMake 编译

mkdir build && cd build
cmake ..
make
./router

使用 Makefile 编译

make
./router

清理构建产物

make clean

运行说明

程序启动后会执行以下初始化流程：

1. 从 ip_config 文件加载 IP 黑名单到内存链表
2. 初始化空的 ARP 缓存表
3. 获取并打印当前网络接口信息
4. 创建键盘命令线程等待用户输入
5. 创建原始套接字进入主循环，捕获网络数据包

支持的命令

命令	说明
arp	打印当前 ARP 缓存表
ip	打印当前 IP 黑名单
setip a.b.c.d	添加 IP 到黑名单
delip a.b.c.d	从黑名单删除 IP
quit	退出程序
help	显示帮助信息

核心工作流程

网卡收到以太网帧
       │
       ▼
┌─────────────┐
│  主循环 recvfrom  │
└──────┬──────┘
       │
       ├─ eth_type == ETH_P_ARP ──→ handle_arp_packet() → 更新 ARP 缓存
       │
       └─ eth_type == ETH_P_IP ──→ 检查 IP 黑名单
                │
                ├─ 在黑名单中 → 丢弃
                │
                └─ 不在黑名单 → 创建 IP 处理线程
                              │
                              ▼
                       ip_pthread()
                              │
                              ├─ 目的为本网段 → 丢弃
                              ├─ 广播包 → 丢弃
                              ├─ 回环接口 → 丢弃
                              ├─ ARP 无记录 → 丢弃
                              └─ 有记录 → 修改 MAC 头并通过对应接口 sendto 转发

依赖关系

各模块之间的头文件引用关系如下：

• main.c 依赖所有模块的头文件
• arp_pthread.c 依赖 arp_link.h
• ip_pthread.c 依赖 main.h、get_interface.h、ip_link.h、arp_link.h
• key_thread.c 依赖 arp_link.h、ip_link.h、main.h
• get_interface.c 仅依赖自身头文件