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一、基本概念
ARP(Address Resolution Protocol) 即地址解析协议,用于实现从IP地址到MAC地址映射。
二、 ARP工作流程
2.1 同一网段ARP工作流程分析
1. PC1 要和PC3 通行,首先查看自己的ARP表,查看其中是否包含PC3的MAC地址信息,如果找到对应关系,直接利用ARP表中的MAC地址对IP数据包进行封装。并将数据包发送给PC3。
2. 如果PC1在ARP表中未找到PC3对应的MAC地址,则先缓存数据报文,然后利用广播方式(目标MAC地址FF:FF:FF:FF:FF:FF)发送一个ARP报文请求,ARP请求中的发送端MAC地址分别是PC1的IP地址和MAC地址,接收端的IP地址为PC3的IP地址,MAC地址全为0,因为ARP请求报文是以广播方式发送,所以该网段上的所有主机都可以接收到该请求包,但只有其IP地址与目的IP地址一致的PC3才会对该请求进行处理。
3. PC3将ARP请求报文中的发送端(即PC1)的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。然后以单播方式向PC1发送一个ARP相应报文,应答报文中就包含了自己的MAC地址,也就是原来在请求报文中要请求的目的MAC地址。
4. PC1收到来自PC3的ARP响应报文之后,将PC3的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发,同时将原来缓存的IP数据包再次修改(在目的MAC地址字段填上PC3的MAC地址)后发送出去。
2.2 跨网段的ARP地址解析流程
- 如果主机A不知道网关的MAC地址(也就是主机A的ARP表中没有网关对应的MAC地址表项),则主机A先在本网段中发出一个ARP请求广播,ARP请求报文中的目的IP地址为网关的IP地址,代表其目的就是想获得网关的MAC地址。如果主机A已经知道网关的MAC地址,则略过此步。
- 网关收到ARP广播包后同样会向主机A发回一个ARP应答包。当主机A收到的应答包中获得网关的MAC地址后,在主机A向主机B发送的原报文的目的MAC地址字段填上网关的MAC地址后发给网关。
- 如果网关的ARP表中已有主机B对应的MAC地址,则网关直接将在来自主机A的报文中的目的MAC地址字段填上主机B的MAC地址后转发给B。
- 如果网关ARP表中没有主机B的MAC地址,网关会再次向主机B所在的网段发送ARP广播请求,此时目的IP地址为主机B的IP地址,当网关从收到来自主机B的应答报文中获得主机B的MAC地址后,就可以将主机A发来的报文重新再目的MAC地址字段填上主机B的MAC地址后发送给主机B。
三、协议格式
以太网目的地址: 目的主机的硬件地址。目的地址全为1表示广播地址
以太网源地址:源主机的硬件地址
帧类型:ARP:0x0806、 RARP:0x8035
硬件类型:表示硬件地址类型,ARP当前可用硬件类型如下
类型 | 含义 | 备注 | 类型 | 含义 | 备注 |
0x001 | 以太网 | 0x0012 | 本地网 | ||
0x002 | 实验性以太网 | 0x0013 | 超链路 | ||
0x003 | 业务无线电AX.25 | 0x0014 | SMDS | ||
0x004 | Proteon ProNet令牌环 | 0x0015 | 帧中继 | ||
0x005 | ChaosNET | 0x0016 | ATM | ||
0x006 | IEEE 802网 | 0x0017 | HDLC(高级数据链路控制) | ||
0x007 | ARCnet | 0x0018 | 未指定 | ||
0x008 | 超信道 | 0x0019 | 异步传输模式 | ||
0x009 | Lanstart | 0x0020 | 串行线路 | ||
0x0010 | Autonet短地址 | 0x0021 | 异步传输模式 | ||
0x0011 | Local talks |
协议类型:IP类型:0x0800
硬件地址长度:对于以太网II来说,MAC地址作为硬件地址,因此该字段值为十六进制06
协议地址长度:对于IPv4来,IP地址长度位32个字节,因此该字段值为十六进制04
操作类型:ARP定义了两种操作:0x0001(请求)、0x0002(应答)
发送端以太网地址:对于以太网II来说,MAC地址作为硬件地址
发送端IP地址:对于IPv4来, 值为IPv4地址
目的以太网地址:对于以太网II来说,MAC地址作为硬件地址
目的IP地址:对于IPv4来, 值为IPv4地址
四、协议分析
4.1 普通ARP
即通过ip地址获得MAC地址,即网络中通过IP寻找对应MAC地址信息。
1. 请求包
解析:
链路层解析:
主机(54 89 98 ec 0f 66) 向局域网内发送广播(ff ff ff ff ff ff), 使用类型类型为 ARP (0806)
网络层解析:
该数据包的硬件地址类型为以太网(00 01), 使用IPv4(08 00)协议类型, 其中硬件地址长度为6个字节(以太网MAC地址长度), 协议地址长度为4字节(IPv4地址长度);该数据包为ARP请求包(0001), 数据包内容为 宿主机MAC地址为54 89 98 ec 0f 66 ,IP地址为 192.168.1.2(c0 a8 01 02) 向网络(ff ff ff ff ff ff)中请求IP地址为192.168.1.4(c0 a8 01 04的mac地址。该网络中主机收到该数据包请求根据包中发送方地址信息,更新自己ARP表信息,若该IP地址为自己IP地址,则对请求方进行回复,若非自己IP地址,则丢弃。
2. 响应包
解析:
链路层解析:
主机(54 89 98 49 3a 78) 向主机发送响应消息(54 89 98 ec 0f 66), 使用类型类型为 ARP (0806)
网络层解析:
该数据包的硬件地址类型为以太网(00 01), 使用IPv4(08 00)协议类型, 其中硬件地址长度为6个字节(以太网MAC地址长度), 协议地址长度为4字节(IPv4地址长度);该数据包为ARP响应包(0002), 数据包内容为 宿主机MAC地址为54 89 98 49 3a 78,IP地址为 192.168.1.4(c0 a8 01 04) 向主机(54 89 98 ec 0f 66)发出的ARP请求数据包进行响应,接收方收到该响应包更新系统ARP表。
4.2 免费ARP
免费ARP报文与普通ARP请求报文的区别在于普通的ARP请求报文,其ARP封装内的“目的IP地址”是其他机器的IP地址,而免费ARP的请求报文,其ARP封装内的“目的IP地址”是其自己的IP地址。免费ARP的数据包格式如下图所示:
免费ARP在实际环境中的一些应用
1. 免费ARP主要用于检测IP地址冲突
当一台主机发送了免费ARP请求报文后,如果收到了ARP响应报文,则说明网络内已经存在使用该IP 的主机。
2. 利用免费ARP确认设备接口地址
一般的设备在网卡地址加载阶段都会向网络中发送免费的ARP报文(也有些安全设备为了安全起见,让设备在加载地址期间不向外发送免费ARP报文),当我们想知道某些设备的接口地址但又没有相应记录可查时,我们就可以利用设备的这种特性,抓取其免费ARP报文,从而分析出其接口使用的IP地址。
3. 使用免费ARP报文,更新某些设备的ARP表项
4. 利用免费ARP的攻击
5. 网关设备利用免费ARP防止ARP攻击
4.3 代理ARP
代理ARP是ARP协议的一个变种。对于没有配置缺省网关的计算机要和其他网络中的计算机实现通信,网关收到源计算机的 ARP 请求会使用自己的 MAC 地址与目标计算机的 IP地址对源计算机进行应答。代理ARP就是将一个主机作为对另一个主机ARP进行应答。它能使得在不影响路由表的情况下添加一个新的Router,使得子网对该主机来说变得更透明化。同时也会带来巨大的风险,除了ARP欺骗,和某个网段内的ARP增加,最重要的就是无法对网络拓扑进行网络概括。代理ARP的使用一般是使用在没有配置默认网关和路由策略的网络上的。
1. 基本实现
2. 数据解析
1. 在主机192.168.2.2 上ping 主机 192.168.3.2 抓取数据包如下,
解析: 主机192.168.2.2 与主机 192.168.3.2 进行通行,先向发送广播包,请求网关MAC地址,网关收到该广播后发送单播给请求方告知自己的MAC地址信息
抓取 192.168.3.0/24 网络侧数据包如下
解析: 网关收到192.168.2.1 发送给192.168.3.2的信息,先检查自身MAC地址表若没有192.168.3.2 的MAC地址信息,则在192.168.3.0 网段进行广播请求192.168.3.2 的MAC地址信息,192.168.3.2收到网关的ARP请求信息,向网关发送单播告知自己的MAC地址信息。
五、ARP常用命令
功能 | Mac | Windows | Linux | Huawei | H3C | Cisco | Ruijie |
查看ARP表 | arp -a | arp -a | arp -a | display arp all | show mac-address-table | ||
清理ARP表 | arp -ad | reset arp all | clear arp |