计算器编写:ARP协议

我们知道，当我们在浏览器里面输入网址时，DNS服务器会自动把它解析为IP地址，浏览器实际上查找的是IP地址而不是网址。那么IP地址是如何转换为第二层物理地址（即MAC地址）的呢？在局域网中，这是通过ARP协议来完成的。ARP协议对网络安全具有重要的意义。通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞。所以网管们应深入理解ARP协议。

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一、什么是ARP协议

　　地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP，通过遵循该协议，只要我们知道了某台机器的IP地址，即可以知道其物理地址。在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网路上传送，必须知道对方目的主机的物理地址。这样就存在把IP地址变换成物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例，为了正确地向目的主机传送报文，必须把目的主机的32位IP地址转换成为48位以太网的地址。这就需要在互连层有一组服务将IP地址转换为相应物理地址，这组协议就是ARP协议。

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二、ARP协议的工作原理

　　在每台安装有TCP/IP协议的电脑里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址与MAC地址是一一对应的，如附表所示。

　　附表

　　我们以主机A（192.168.1.5）向主机B（192.168.1.1）发送数据为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可以了；如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播，目标MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“192.168.1.1的MAC地址是什么？”网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应：“192.168.1.1的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息了。同时它还更新了自己的ARP缓存表，下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可以了。ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

　　ARP攻击就是通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞，攻击者只要持续不断的发出伪造的ARP响应包就能更改目标主机ARP缓存中的IP-MAC条目，造成网络中断或中间人攻击。

　　ARP攻击主要是存在于局域网网络中，局域网中若有一个人感染ARP木马，则感染该ARP木马的系统将会试图通过“ARP欺骗”手段截获所在网络内其它计算机的通信信息，并因此造成网内其它计算机的通信故障。

　　RARP的工作原理：

　　1. 发送主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址；

　　2. 本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；

　　3. 如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；

　　4. 如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应；

　　5. 源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。

　　6.如果在第1-3中被ARP病毒攻击，则服务器做出的反映就会被占用，源主机同样得不到RARP服务器的响应信息，此时并不是服务器没有响应而是服务器返回的源主机的IP被占用。

ARP的数据结构

　　^[4]ARP协议的数据结构：

　　typedefstructarphdr

　　{

　　unsignedshortarp_hrd;/*硬件类型*/

　　unsignedshortarp_pro;/*协议类型*/

　　unsignedchararp_hln;/*硬件地址长度*/

　　unsignedchararp_pln;/*协议地址长度*/

　　unsignedshortarp_op;/*ARP操作类型*/unsignedchararp_sha[6];/*发送者的硬件地址*/

　　unsignedlongarp_spa;/*发送者的协议地址*/

　　unsignedchararp_tha[6];/*目标的硬件地址*/

　　unsignedlongarp_tpa;/*目标的协议地址*/

　　}ARPHDR,*PARPHDR;

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三.ARP和RARP报头结构

　　ARP和RARP使用相同的报头结构，如图所示。

报送格式

　　硬件类型字段：指明了发送方想知道的硬件接口类型，以太网的值为1；

　　协议类型字段：指明了发送方提供的高层协议类型，IP为0800（16进制）；

　　硬件地址长度和协议长度：指明了硬件地址和高层协议地址的长度，这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用；

　　操作字段：用来表示这个报文的类型，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4；

　　发送方的硬件地址（0-2字节）：源主机硬件地址的前3个字节；

　　发送方的硬件地址（3-5字节）：源主机硬件地址的后3个字节；

　　发送方IP（0-1字节）：源主机硬件地址的前2个字节；

　　发送方IP（2-3字节）：源主机硬件地址的后2个字节；

　　目的硬件地址（0-1字节）：目的主机硬件地址的前2个字节；

　　目的硬件地址（2-5字节）：目的主机硬件地址的后4个字节；

　　目的IP（0-3字节）：目的主机的IP地址。

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四、如何查看ARP缓存表

　　ARP缓存表是可以查看的，也可以添加和修改。在命令提示符下，输入“arp -a”就可以查看ARP缓存表中的内容了，如附图所示。

arp -a

　　用“arp -d”命令可以删除ARP表中所有的内容；

　　用“arp -d +空格+ <指定ip地址>” 可以删除指定ip所在行的内容

　　用“arp -s”可以手动在ARP表中指定IP地址与MAC地址的对应，类型为static(静态)，此项存在硬盘中，而不是缓存表，计算机重新启动后仍然存在，且遵循静态优于动态的原则，所以这个设置不对，可能导致无法上网.

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五、ARP欺骗

　　其实，此起彼伏的瞬间掉线或大面积的断网大都是ARP欺骗在作怪。ARP欺骗攻击已经成了破坏网吧经营的罪魁祸首，是网吧老板和网管员的心腹大患。

　　从影响网络连接通畅的方式来看，ARP欺骗分为二种，一种是对路由器ARP表的欺骗；另一种是对内网PC的网关欺骗。

　　第一种ARP欺骗的原理是——截获网关数据。它通知路由器一系列错误的内网MAC地址，并按照一定的频率不断进行，使真实的地址信息无法通过更新保存在路由器中，结果路由器的所有数据只能发送给错误的MAC地址，造成正常PC无法收到信息。第二种ARP欺骗的原理是——伪造网关。它的原理是建立假网关，让被它欺骗的PC向假网关发数据，而不是通过正常的路由器途径上网。在PC看来，就是上不了网了，“网络掉线了”。

　　一般来说，ARP欺骗攻击的后果非常严重，大多数情况下会造成大面积掉线。有些网管员对此不甚了解，出现故障时，认为PC没有问题，交换机没掉线的“本事”，电信也不承认宽带故障。而且如果第一种ARP欺骗发生时，只要重启路由器，网络就能全面恢复，那问题一定是在路由器了。为此，宽带路由器背了不少“黑锅”。

　　作为网吧路由器的厂家，对防范ARP欺骗不得已做了不少份内、份外的工作。一、在宽带路由器中把所有PC的IP-MAC输入到一个静态表中，这叫路由器IP-MAC绑定。二、力劝网管员在内网所有PC上设置网关的静态ARP信息，这叫PC机IP-MAC绑定。一般厂家要求两个工作都要做，称其为IP-MAC双向绑定。

　　显示和修改“地址解析协议”(ARP) 所使用的到以太网的 IP 或令牌环物理地址翻译表。该命令只有在安装了 TCP/IP 协议之后才可用。

　　arp -a [inet_addr] [-N [if_addr]

　　arp -d inet_addr [if_addr]

　　arp -s inet_addr ether_addr [if_addr]

　　参数

　　-a

　　通过询问 TCP/IP 显示当前 ARP 项。如果指定了 inet_addr，则只显示指定计算机的 IP 和物理地址。

　　-g

　　与 -a 相同。

　　inet_addr

　　以加点的十进制标记指定 IP 地址。

　　-N

　　显示由 if_addr 指定的网络界面 ARP 项。

　　if_addr

　　指定需要修改其地址转换表接口的 IP 地址（如果有的话）。如果不存在，将使用第一个可适用的接口。

　　-d

　　删除由 inet_addr 指定的项。

　　-s

　　在 ARP 缓存中添加项，将 IP 地址 inet_addr 和物理地址 ether_addr 关联。物理地址由以连字符分隔的6 个十六进制字节给定。使用带点的十进制标记指定 IP 地址。项是永久性的，即在超时到期后项自动从缓存删除。

　　ether_addr

　　指定物理地址。

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六、遭受ARP攻击后现象

　　ARP欺骗木马的中毒现象表现为：使用局域网时会突然掉线，过一段时间后又会恢复正常。比如客户端状态频频变红，用户频繁断网，IE浏览器频繁出错，以及一些常用软件出现故障等。如果局域网中是通过身份认证上网的，会突然出现可认证，但不能上网的现象（无法ping通网关），重启机器或在MS-DOS窗口下运行命令arp -d后，又可恢复上网。

　　ARP欺骗木马只需成功感染一台电脑，就可能导致整个局域网都无法上网，严重的甚至可能带来整个网络的瘫痪。该木马发作时除了会导致同一局域网内的其他用户上网出现时断时续的现象外，还会窃取用户密码。如盗取QQ密码、盗取各种网络游戏密码和账号去做金钱交易，盗窃网上银行账号来做非法交易活动等，这是木马的惯用伎俩，给用户造成了很大的不便和巨大的经济损失。

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七：常用的维护方法

　　搜索网上，目前对于ARP攻击防护问题出现最多是绑定IP和MAC和使用ARP防护软件，也出现了具有ARP防护功能的路由器。呵呵，我们来了解下这三种方法。

　　3.1 静态绑定

　　最常用的方法就是做IP和MAC静态绑定，在网内把主机和网关都做IP和MAC绑定。

　　欺骗是通过ARP的动态实时的规则欺骗内网机器，所以我们把ARP全部设置为静态可以解决对内网PC的欺骗，同时在网关也要进行IP和MAC的静态绑定，这样双向绑定才比较保险。

　　方法：

　　对每台主机进行IP和MAC地址静态绑定。

　　通过命令，arp -s可以实现 “arp –s IP MAC地址 ”。

　　例如：“arp –s 192.168.10.1 AA-AA-AA-AA-AA-AA”。

　　如果设置成功会在PC上面通过执行 arp -a 可以看到相关的提示：

　　Internet Address Physical Address Type

　　192.168.10.1 AA-AA-AA-AA-AA-AA static(静态)

　　一般不绑定,在动态的情况下：

　　Internet Address Physical Address Type

　　192.168.10.1 AA-AA-AA-AA-AA-AA dynamic(动态)

　　说明：对于网络中有很多主机，500台，1000台...，如果我们这样每一台都去做静态绑定，工作量是非常大的。。。。，这种静态绑定，在电脑每次重起后，都必须重新在绑定，虽然也可以做一个批处理文件，但是还是比较麻烦的！

　　3.2 使用ARP防护软件

　　目前关于ARP类的防护软件出的比较多了，大家使用比较常用的ARP工具主要是欣向ARP工具，Antiarp等。它们除了本身来检测出ARP攻击外，防护的工作原理是一定频率向网络广播正确的ARP信息。我们还是来简单说下这两个小工具。

　　3.2.1 欣向ARP工具

　　它有5个功能：

　　A. IP/MAC清单

　　选择网卡。如果是单网卡不需要设置。如果是多网卡需要设置连接内网的那块网卡。

　　IP/MAC扫描。这里会扫描目前网络中所有的机器的IP与MAC地址。请在内网运行正常时扫描，因为这个表格将作为对之后ARP的参照。

　　之后的功能都需要这个表格的支持，如果出现提示无法获取IP或MAC时，就说明这里的表格里面没有相应的数据。

　　B. ARP欺骗检测

　　这个功能会一直检测内网是否有PC冒充表格内的IP。你可以把主要的IP设到检测表格里面，例如，路由器，电影服务器，等需要内网机器访问的机器IP。

　　(补充)“ARP欺骗记录”表如何理解：

　　“Time”：发现问题时的时间；

　　“sender”：发送欺骗信息的IP或MAC；

　　“Repeat”：欺诈信息发送的次数；

　　“ARP info”：是指发送欺骗信息的具体内容.如下面例子：

　　time sender Repeat ARP info 22:22:22 192.168.1.22 1433 192.168.1.1 is at 00:0e:03:22:02:e8

　　这条信息的意思是：在22:22:22的时间,检测到由192.168.1.22发出的欺骗信息，已经发送了1433次，他发送的欺骗信息的内容是：192.168.1.1的MAC地址是00:0e:03:22:02:e8。

　　打开检测功能，如果出现针对表内IP的欺骗，会出现提示。可以按照提示查到内网的ARP欺骗的根源。提示一句，任何机器都可以冒充其他机器发送IP与MAC，所以即使提示出某个IP或MAC在发送欺骗信息，也未必是100％的准确。所有请不要以暴力解决某些问题。

　　C. 主动维护

　　这个功能可以直接解决ARP欺骗的掉线问题，但是并不是理想方法。他的原理就在网络内不停的广播制定的IP的正确的MAC地址。

　　“制定维护对象”的表格里面就是设置需要保护的IP。发包频率就是每秒发送多少个正确的包给网络内所有机器。强烈建议尽量少的广播IP，尽量少的广播频率。一般设置1次就可以，如果没有绑定IP的情况下，出现ARP欺骗，可以设置到50－100次，如果还有掉线可以设置更高，即可以实现快速解决ARP欺骗的问题。但是想真正解决ARP问题，还是请参照上面绑定方法。

　　D. 欣向路由器日志

　　收集欣向路由器的系统日志，等功能。

　　E. 抓包

　　类似于网络分析软件的抓包，保存格式是.cap。

　　3.2.1 Antiarp

　　这个软件界面比较简单，以下为我收集该软件的使用方法。

　　A. 填入网关IP地址，点击［获取网关地址］将会显示出网关的MAC地址。点击[自动防护]即可保护当前网卡与该网关的通信不会被第三方监听。注意：如出现ARP欺骗提示，这说明攻击者发送了ARP欺骗数据包来获取网卡的数据包，如果您想追踪攻击来源请记住攻击者的MAC地址，利用MAC地址扫描器可以找出IP 对应的MAC地址。

　　B. IP地址冲突

　　如频繁的出现IP地址冲突，这说明攻击者频繁发送ARP欺骗数据包，才会出现IP冲突的警告，利用Anti ARP Sniffer可以防止此类攻击。

　　C. 您需要知道冲突的MAC地址，Windows会记录这些错误。查看具体方法如下：

　　右击[我的电脑]--[管理]--点击[事件查看器]--点击[系统]--查看来源为[TcpIP]---双击事件可以看到显示地址发生冲突，并记录了该MAC地址，请复制该MAC地址并填入Anti ARP Sniffer的本地MAC地址输入框中(请注意将:转换为-)，输入完成之后点击[防护地址冲突]，为了使MAC地址生效请禁用本地网卡然后再启用网卡，在CMD命令行中输入Ipconfig /all，查看当前MAC地址是否与本地MAC地址输入框中的MAC地址相符，如果更改失败请与我联系。如果成功将不再会显示地址冲突。

　　注意:如果您想恢复默认MAC地址,请点击[恢复默认],为了使MAC地址生效请禁用本地网卡然后再启用网卡。

　　3.3 具有ARP防护功能的路由器

　　这类路由器以前听说的很少，对于这类路由器中提到的ARP防护功能，其实它的原理就是定期的发送自己正确的ARP信息。但是路由器的这种功能对于真正意义上的攻击，是不能解决的。

　　遭受ARP攻击的最常见的特征就是掉线，一般情况下不需要处理一定时间内可以回复正常上网，因为ARP欺骗是有老化时间的，过了老化时间就会自动的回复正常。现在大多数路由器都会在很短时间内不停广播自己的正确ARP信息，使受骗的主机回复正常。但是如果出现攻击性ARP欺骗(其实就是时间很短的量很大的欺骗ARP，1秒有个几百上千的)，它是不断的发起ARP欺骗包来阻止内网机器上网，即使路由器不断广播正确的包也会被他大量的错误信息给淹没。

　　可能你会有疑问：我们也可以发送比欺骗者更多更快正确的ARP信息啊？如果攻击者每秒发送1000个ARP欺骗包，那我们就每秒发送1500个正确的ARP信息！

　　面对上面的疑问，我们仔细想想，如果网络拓扑很大，网络中接了很多网络设备和主机，大量的设备都去处理这些广播信息，那网络使用起来好不爽，再说了会影响到我们工作和学习。ARP广播会造成网络资源的浪费和占用。如果该网络出了问题，我们抓包分析，数据包中也会出现很多这类ARP广播包，对分析也会造成一定的影响。

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八、局域网中常见ARP攻击及其解决办法

　　局域网中我们最常接触的ARP攻击其实并不是病毒，而是网络执法、P2P终结者之类的软件造成的，这类软件的目的其实就是封一些多线程下载的软件，譬如迅雷、Flashget等，这样一来便使得局域网中这类软件不能正常使用，从而达到自己独占大部分网络资源的目的。针对这类现象，上边的做法看上去挺麻烦的，简单一点，装一个ARP防火墙或者开启局域网ARP防护一般都能解决。比如360安全卫士的实时保护选项里的“局域网ARP攻击拦截”，只要开启这一选项很多问题都迎刃而解。

　　最理想的防制方法是网络内的每台计算机的ARP一律改用静态的方式，不过这在大型的网络是不可行的，因为需要经常更新每计算机的ARP表。

　　另外一种方法，例如DHCP snooping，网络设备可借由DHCP保留网络上各计算机的MAC地址，在伪造的ARP封包发出时即可侦测到。此方式已在一些厂牌的网络设备产品所支持。

　　有一些软件可监听网络上的ARP回应，若侦测出有不正常变动时可发送电子邮件通知管理者。例如UNIX平台的Arpwatch以及Windows上的XArp v2或一些网络设备的Dynamic ARP inspection功能。^[1][2][3]