CでEtherフレームを理解する

#概要
EtherフレームはOSI参照モデルのレイヤー2に位置します。
直接通信する機器間でデータをやり取りする為の情報が入ったフレームです。
この記事ではC言語によるEtherフレームの解析を行い、Etherフレームについて理解を深めてみます。

#環境構築
CentOSを想定しています。
フレームの取得にはlibpcapというCライブラリを利用します。

yum -y update
yum install -y gcc vim wget tar flex byacc
wget http://www.tcpdump.org/release/libpcap-1.6.2.tar.gz
tar zxvf libpcap-1.6.2.tar.gz
cd libpcap-1.6.2
./configure
make -j 8
make install

#Etherフレームについて
##フレームフォーマット
Etherフレームの内容(IEEE802.3形式)は以下となっています。

概要	サイズ	説明
プリアンブル	7byte	タイミングを取るための固定ビット列
SFD	1byte	タイミング用。 次のビットからデータが開始されるよ的な。
宛先MAC	6byte	通信先の機器を識別する為の番号
送信元MAC	6byte	通信元の機器を識別する為の番号
Etherタイプ	2byte	上位のプロトコルを表す値。 但し1500以下だったらデータサイズを表す
データ	可変	カプセル化した中身のデータ
FCS	2byte	受け取り側でエラーが発生してないかをチェックする用

###Etherタイプ(一部)
defineはnet/ethernet.hに定義されています。
以下はその値と説明についてです。

値	define	説明
0x0000-0x05DC	-	フレームの長さ
0x0800	ETHERTYPE_IP	IPパケット
0x0806	ETHERTYPE_ARP	ARPパケット
0x8100	ETHERTYPE_VLAN	dot1Q VLANフレーム
0x86DD	ETHERTYPE_IPV6	IPv6パケット

###Etherフレーム構造体
CでEtherフレームを扱う場合、net/ethernet.hに構造体が定義されています。

net/ethernet.h

struct ether_header
{
  u_int8_t  ether_dhost[ETH_ALEN];      /* destination eth addr */
  u_int8_t  ether_shost[ETH_ALEN];      /* source ether addr    */
  u_int16_t ether_type;                 /* packet type ID field */
} __attribute__ ((__packed__));

#EtherフレームのDump
フレームの受信処理はコチラを参照してください。
以下ではフレームを受信した後、コールバック関数内でEtherヘッダ内容をDump表示しています。

ether_hdr.c

#include <netinet/if_ether.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
char * convmac_tostr(u_char *,char *,size_t);

void start_pktfunc( u_char *user,                 // pcap_loop関数の第4引数
                    const struct pcap_pkthdr *h , // 受信したPacketの補足情報
                    const u_char *p               // 受信したpacketへのポインタ
                  ){
  char dmac[18] = {0};
  char smac[18] = {0};
  struct ether_header *eth_hdr = (struct ether_header *)p;
  
  printf("ether header---------\n");
  printf("dest mac %s\n",convmac_tostr(eth_hdr->ether_dhost,dmac,sizeof(dmac)));
  printf("src mac %s\n",convmac_tostr(eth_hdr->ether_shost,smac,sizeof(smac)));
  printf("ether type %x\n\n",ntohs(eth_hdr->ether_type));
}
char * convmac_tostr(u_char *hwaddr,char *mac,size_t size){
  snprintf(mac,size,"%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
                     hwaddr[0],hwaddr[1],hwaddr[2],
                     hwaddr[3],hwaddr[4],hwaddr[5]);
  return mac;
}