在上一篇文章中，我大概的描述了IP Helper API 的功能并提供了一个例程。在本文中，我将介绍这套API中非常重要的一部分：ARP协议的处理。通过对ARP包的发送和接收，我们能够更容易的制作比我在“使用原始套接字制作IP查找器”一文中介绍的那个程序更精准的IP查找器。正如你后面会看见的一样，程序本身很短，但是就象现而今的许多东西一样，做起来容易，知道为什么这样做才是根本。首先来看看ARP协议。
ARP是Address Resolution Protocal（地址转换协议）的简称，是TCP/IP协议中最底层的协议之一。它的作用是完成IP地址到MAC（物理地址）的转换。在局域网中两台计算机之间的通讯，或者局域网中的计算机将IP数据报转发给网关的时候，网卡都需要知道目标计算机的物理地址，以填充物理帧中的目的地址。
现在假设同一以太网中的计算机A（192.168.0.1）需要向计算机B（192.168.0.2）发送数据报，而此时A尚不知道B的物理地址。为了获得B的物理地址，A在局域网上发送ARP广播，查询192.168.0.2这个物理地址，同时在ARP包中填入自己的物理地址Ma，相当于发出这样的询问“谁拿了192.168.0.2这个地址？请回Ma这个物理地址。”计算机B在收到了这个查询以后，以Ma为目的地址发回一个ARP包，里面包含了自己的物理地址。这样通讯的双方都了解了对方的物理地址，通讯过程正式建立。
通常ARP协议都在支持广播的网络上使用，比方以太网，这种数据包不能跨物理网段使用，即不能跨越一个路由器（除路由器本身还用作ARP代理以外）。
在实际的ARP协议软件的实现中还有一些应该注意的事项：每台计算机上都有一个ARP缓冲，它保存了一定数量的从IP地址到MAC地址的映射，同时当一个ARP广播到来时，虽然这个ARP广播可能与它无关，但ARP协议软件也会把其中的物理地址与IP地址的映射记录下来，这样做的好处是能够减少ARP报在局域网上发送的次数。同时，ARP缓冲中IP地址与物理地址之间的映射并不是一但生成就永久有效，每一个ARP映射表项都有自己的时延，如果过了一定的时间还没有新的ARP到来，那么这个ARP映射就从缓冲中被删除了。那么下一次计算机向这个IP地址发送数据包的时候必须来一次新的查询。
事实上Windows 本身就用ARP来确定自己的IP地址是否与网络上的另一台计算机发生了冲突。当一个ARP包到来时，Windows 如果检查到其中的IP地址与本机上的相同，而物理地址不同，这时Windows 就会向用户报告这个IP地址已经被别人占用。非常有意思的时，Windows 对待IP地址是以先来后到的顺序分配，如果已经有人先占了，那么本机的网络接口就会被禁用。这也是非常恼人的“特色”因为一旦开机后有了第一次冲突，以后的任何网络操作就都无效了。Windows XP 有了一定的进步，它在发现冲突以后并不禁用接口，而是允许用户进行修复。其实用sniffer可以看到所谓的“修复”也不过是发了几个ARP包出去，把IP“抢”回来。
在以前的文章中我描述了一个用ICMP 回送请求（类似PING）进行IP查找的程序。这个程序用并发的几十个线程同时PING网络上的多台计算机，如果回送请求被正确的应答了，那么可以认为这个IP地址已经被占用，如果没有，我们就宣称它是空闲的。然而它有优点也有缺点，其优点是能够PING很远的计算机，即使不在同一个物理网段上，缺点是当目标计算机上安装了防火墙并禁止了ICMP包，或者采用了防ICMP flood 攻击的规则以后都有可能让ICMP回送请求得不到应答。
ARP的优点与缺点正好与ICMP相反。它无法跨物理网段进行IP查找，但是由于没有防火墙禁止ARP包的通过（想想看，如果禁止了ARP包，也就等于不让人家知道你的物理地址，那么实际上也就是将自己的计算机同网络断开了），所以ARP包的IP查找结果一定是非常精准的。
在实现了一个原始的ARP IP查找版本以后，我发现其结果并不准确，有些已经没有人使用的IP地址被错误的报成有人占用了，难道我的判断是错误的？当然不，这种错误的原因是在Windows 的ARP缓冲中。实际上，在发送一个ARP报文的时候，Windows会首先检查本机的ARP缓冲，如果发现了已经有对应的ARP表项，而且还没有过期的话，Windows 并不会发送这个报文，而是直接返回给调用者这个ARP表项的内容。这样一来，假设有计算机中途掉网，而它的ARP表项还没有过期，那么这个程序仍然能够得到它的IP到MAC的映射，自然也就会错误的宣称这个IP地址还在使用中了。在运行这个程序前，我使用arp –d（事实上，在看了本文以后，你就可以实现一个这样的arp程序了）这个命令来删除缓冲中所有的ARP表项，然后得到的结果就非常准确了。IP Helper API 提供了管理ARP缓冲的过程，所以我修改了这个程序，把arp –d的功能集成到了自己的程序中来。如果看看《使用TCP/IP协议实际网际互连（第二卷）》你就会明白ARP协议软件中的诸多问题。
GetIpNetTable 函数能够提取出本机上的所有ARP表项。使用它的方法与上一篇文章中使用的函数相当的类似，你也必须两次使用它，第一次获得缓冲的大小，而第二次获得实际的ARP表。这个映射表是以数组的方式指出的。其结构如下：
typedef struct _MIB_IPNETTABLE {
DWORD dwNumEntries; //数组的大小
MIB_IPNETROW table[ANY_SIZE]; //数组本身
} MIB_IPNETTABLE, *PMIB_IPNETTABLE;
而MIB_IPNETROW 的定义：
typedef struct _MIB_IPNETROW {
DWORD dwIndex; // 网络接口的索引号
DWORD dwPhysAddrLen; // 物理地址长度
BYTE bPhysAddr[MAXLEN_PHYSADDR]; // 物理地址
DWORD dwAddr; // IP地址
DWORD dwType; // ARP表项类型
} MIB_IPNETROW, *PMIB_IPNETROW;
其中dwType 即ARP表项类型是比较重要的东西，因为某些ARP表项一但设定就不再改变，比方本机地址的ARP表项和默认网关的地址表项等等，这些ARP表项并不会“过期”，除非网络故障或者设置改变了以后，会重新生成一次ARP查询。这种表项被称为“静态”的。此时dwType的值为4。在程序中，我们不必删除这类表项（虽然删了它们也不会造成什么后果）。
然而在实际的程序中，我使用了FlushIPNetTable这个函数来删除特定网卡上的ARP缓冲。
然后是删除一个表项的DeleteIpNetEntry，修改表项的SetIpNetEntry 和添加表项的CreateIpNetEntry 。还有两个管理代理ARP表项的函数，关于代理ARP，可以看看《使用TCP/IP 协议实现网际互连（第一卷）》关于ARP代理的部分，由于与我们的程序无关，就不做介绍了。
最后需要详述的函数是SendARP。它的原型如下：
DWORD SendARP( IPAddr DestIP, // 目的IP 地址 IPAddr SrcIP, // 源IP地址，可选参数，把它填成0不会有问题 PULONG pMacAddr, // 返回的物理地址 PULONG PhyAddrLen // 物理地址的长度 );
对于我们的这个程序来说，返回了什么样的值并不重要，只要它成功的返回了，就说明这个IP被占用了。
这个程序中使用了与“使用原始套接字制作IP查找器”一文中相同的线程组织结构，限定了并发线程的数目以避免过度消耗计算机资源。值得一题的是，在多线程程序中使用cout是件要非常小心的事情，你必须时不时的调用cout.flush()以保证它正确的输出。
这个程序被证明是现有IP查找程序中最有效的一种，一查一个准。我本人就经常使用它。我不介意你把它加上漂亮的windows 外壳，因为如果我有空，也会这么做的。
函数描述完了，思路也已经清晰，下面就是代码了。对于我所使用到的函数你应该看看MSDN，以了解其详细情况。
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