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お題は不問！Qiita Engineer Festa 2023で記事投稿！
@t13801206(Fix Typo)

RustでARPリクエストを送る

Last updated at Posted at 2023-07-16

この記事は

  • libpnetのサンプルコードにあるARPリクエストを使ってみる
  • サンプルコードの中身を読み解く（自分の勉強のため）

libpnetのARPサンプルコードを実行する

まずは環境づくりから。

  • cargo newで作ったまっさらな環境に上記サンプルコードをコピーして、main.rsをsrcフォルダに入れる
  • Cargo.tomlファイルのdependenciesに１行追加する
  • Packet.libをプロジェクトフォルダ直下に置く
[dependencies]
pnet = "0.33.0"

Packet.libはWinPcapから取得する

\WpdPack_4_1_2\WpdPack\Lib\Packet.libをプロジェクトフォルダにコピーする

※4_1_2の数字は'23年6月時点

実行結果

引数にネットワークアダプタとIPアドレスを与える
launch.jsonだとこんな感じ

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "type": "lldb",
            "request": "launch",
            ...
            "args": ["\\Device\\NPF_{????????-????-????-????-????????}", "192.168.10.1"],
            ...
        },

ネットワークアダプタはLinuxであればeth0といったもの。
Windowsの場合は少しややこしく、Device\\NPF...形式の長ったらしい文字列となる。
（詳しい内容は付録に記載する）

試しにWindowsマシンでデフォルトゲートウェイのIPアドレスを調べた結果が下記

Sent ARP request 192.168.10.1
Received reply
Target MAC address: **:**:**:**:**:**

3行目でターゲットのMACアドレスが表示された

※オリジナルとの変更点：ログにIPアドレス追記／MACアドレスは伏字

次章からソースコードを読み解いていく

ARP要求パケットの中身

WireSharkで実際にキャプチャした結果が下図

image.png

全部で42バイトある（あとでバッファを定義するために、この42を使う）

赤枠で区切った単位で意味をもっている

内容 説明
ff*6 相手のMACアドレス（ARPリクエストはブロードキャスト）
黒塗り 自分のMACアドレス
08 06 ARPは0806　（TCP/IPは0800）
00 01 ハードウェアタイプ。イーサネットは1
08 00 プロトコルタイプ。IPから調べるので0800
06 ハードウェアアドレス長。MACアドレスは6バイト
04 プロトコルアドレス長。IPアドレスは4バイト
00 01 ARPリクエスト要求は1
黒塗り 送信元MACアドレス
c0 a8 0a 65 送信元IPアドレス 192.168.10.101
00*6 送信先MACアドレス
c0 a8 0a 71 送信先IPアドレス

参考にしたサイトは巻末の"参考"に記載

ARP要求をするには、表にある情報を手元に集めればよい
get_mac_through_arp関数を紐解いていく

送信元IPアドレスsource_ip

引数で渡したinterface: NetworkInterfaceをもとに、IPv4アドレスを探している

    let source_ip = interface
        .ips
        .iter()
        .find(|ip| ip.is_ipv4())
        .map(|ip| match ip.ip() {
            IpAddr::V4(ip) => ip,
            _ => unreachable!(),
        })
        .unwrap();

データリンクレイヤの送受信窓口

  • 送信用sender
  • 受信用receiver 
    let (mut sender, mut receiver) = match pnet::datalink::channel(&interface, Default::default()) {
        Ok(Channel::Ethernet(tx, rx)) => (tx, rx),
        Ok(_) => panic!("Unknown channel type"),
        Err(e) => panic!("Error happened {}", e),
    };

Ethernetパケット

表の上３行分のところに該当する

内容 説明
ff*6 相手のMACアドレス（ARPリクエストはブロードキャスト）
黒塗り 自分のMACアドレス
08 06 ARPは0806　（TCP/IPは0800）

バッファを42バイトとしているのは、ここで使う14バイトにペイロード分の28バイトを加えるため。
最終的に送り出すパケットの長さまで考慮して、ここであらかじめ42バイト確保している
ゼロで初期化しているが、ちゃんとしたデータで上書きするためにmutキーワードがついている

    let mut ethernet_buffer = [0u8; 42];
    let mut ethernet_packet = MutableEthernetPacket::new(&mut ethernet_buffer).unwrap();

    ethernet_packet.set_destination(MacAddr::broadcast());
    ethernet_packet.set_source(interface.mac.unwrap());
    ethernet_packet.set_ethertype(EtherTypes::Arp);

ethernet.rxの中をみると、ちゃんとイーサタイプは0806で定義されている

pub mod EtherTypes {
    use crate::ethernet::EtherType;

    /// Internet Protocol version 4 (IPv4) \[RFC7042\].
    pub const Ipv4: EtherType = EtherType(0x0800);
    /// Address Resolution Protocol (ARP) \[RFC7042\].
    pub const Arp: EtherType = EtherType(0x0806);
    ...（略）
}

ARPパケット

表の残り後半部分を一気にsetしている
表とコードのどちらとも９行で合致していることがわかる

内容 説明
00 01 ハードウェアタイプ。イーサネットは1
08 00 プロトコルタイプ。IPから調べるので0800
06 ハードウェアアドレス長。MACアドレスは6バイト
04 プロトコルアドレス長。IPアドレスは4バイト
00 01 ARPリクエスト要求は1
黒塗り 送信元MACアドレス
c0 a8 0a 65 送信元IPアドレス 192.168.10.101
00*6 送信先MACアドレス
c0 a8 0a 71 送信先IPアドレス

表のバイト数をすべて足すと28バイトになるので、バッファを28としている

    let mut arp_buffer = [0u8; 28];
    let mut arp_packet = MutableArpPacket::new(&mut arp_buffer).unwrap();

    arp_packet.set_hardware_type(ArpHardwareTypes::Ethernet);
    arp_packet.set_protocol_type(EtherTypes::Ipv4);
    arp_packet.set_hw_addr_len(6);
    arp_packet.set_proto_addr_len(4);
    arp_packet.set_operation(ArpOperations::Request);
    arp_packet.set_sender_hw_addr(interface.mac.unwrap());
    arp_packet.set_sender_proto_addr(source_ip);
    arp_packet.set_target_hw_addr(MacAddr::zero());
    arp_packet.set_target_proto_addr(target_ip);

要求するときのターゲットMACアドレスは、現時点では知りえない（知るためにARP要求を送る）ので、ゼロで埋めてある

ふたたびEthernetパケット

先ほどは宛先／送信元MACアドレスと、タイプだけセットして止まっていた
そのパケットのペイロードにARPパケット部分を埋め込む

    ethernet_packet.set_payload(arp_packet.packet_mut());

パケットを送信する

ペイロードに情報を埋め込んだethernet_packetを送信する
packet()関数によってバイト型の配列を取得しているっぽい

    sender
        .send_to(ethernet_packet.packet(), None)
        .unwrap()
        .unwrap();

libs.rsのsend_to関数の説明によると、第二引数は無視されるのでNoneを入れておけばよいとのこと

/// This may require an additional copy compared to build_and_send, depending on the
/// operating system being used. The second parameter is currently ignored, however
/// None should be passed.

応答を受信する

next()関数で、チャネルに届いているイーサネットフレームを取り出す
取り出したバイト配列のうち、最初のminimum_packet_size分だけを省いた箇所をARPパケットとしてさらに取り出す
送り元が要求したIPアドレスであり、かつ自分のMACアドレス宛てに届いていたら
それを真正なパケットとみなして、送り元のMACアドレス（＝知りたかった情報）を表示する

MACアドレス不明だった端末のIPアドレスから応答をもらえた、ということになる

    while let buf = receiver.next().unwrap() {
        let arp = ArpPacket::new(&buf[MutableEthernetPacket::minimum_packet_size()..]).unwrap();
        if arp.get_sender_proto_addr() == target_ip
            && arp.get_target_hw_addr() == interface.mac.unwrap()
        {
            println!("Received reply");
            return arp.get_sender_hw_addr();
        }
    }

minimum_packet_sizeについて

minimum_packet_sizeは14らしい

println!("{}", MutableEthernetPacket::minimum_packet_size());

// 出力: 14

MACアドレス６バイト×２と、タイプ２バイト分を足した分に等しい
つまりペイロードの部分とイコールとなる

内容 説明
ff*6 相手のMACアドレス（ARPリクエストはブロードキャスト）
黒塗り 自分のMACアドレス
08 06 ARPは0806　（TCP/IPは0800）

おわりに

Rustでネットワークプログラミングをする上で欠かせないライブラリlibpnetの
サンプルコードにあるARPリクエストを紐解いてみた

参考にリンクを貼っている仕様と比べながら読むと、当たり前ながら、１つ１つ組み立てられているのがわかる

そしてMACアドレスを詐称してARP要求に答えることがいかに容易いかも想像できる

参考

付録：Windowsのインターフェースを調べる方法

上記コードをcargo newしたプロジェクトのdependenciesにpnet_datalinkを追記する

[dependencies]
pnet_datalink = "0.33.0"

Device\NPFがずらっと５個ぐらい表示された

\Device\NPF_{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~}: flags=0
      index: 53
      ether: ~~~~~~~~
       inet: 172.17.80.1/20
...
...

ほかの方法としては、下記記事コードの冒頭部分を実行する
デフォルトで使っているインターフェースが１個だけ表示される

糸冬了！！

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