ARP協(xié)議

這里給大家做一個ARP的介紹分享：

1. ARP協(xié)議簡介

Address Resolution Protocol，用于建立和維護(hù)IPv4（IPv6使用NDP協(xié)議）地址和MAC地址的動態(tài)映射。在一個局域網(wǎng)中（LAN），數(shù)據(jù)包通過MAC地址來尋址的（網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包被封裝在二層數(shù)據(jù)幀中進(jìn)行傳輸），但是IPv4是用IP地址來尋址。只知道IP地址，不知道MAC地址，數(shù)據(jù)包是無法發(fā)送（不能尋址）的，這個時候就使用ARP協(xié)議獲得IP地址對應(yīng)的MAC地址。

注意ARP協(xié)議只在LAN中使用（LAN不僅指192.168之類的私有網(wǎng)絡(luò)地址，公網(wǎng)地址也是可以組成一個一個LAN的）。那么如果目的IP不在當(dāng)前LAN中呢，TCP/IP協(xié)議族是用來實現(xiàn)多個LAN之間的互聯(lián)，網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于一個國家（LAN）的海關(guān)，一個LAN中的主機(jī)發(fā)給其他LAN的數(shù)據(jù)包（貨物）首先發(fā)給網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)再把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。所以主機(jī)需要做的事情是把數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的IP是已知的，此時ARP協(xié)議的工作是已知網(wǎng)關(guān)的IP獲得網(wǎng)關(guān)的MAC地址。

ARP協(xié)議要求鏈路層支持廣播

2. ARP協(xié)議工作的一般過程

假設(shè)現(xiàn)在有一個LAN，LAN的網(wǎng)段是202.117.15.0/24

主機(jī)A的IP地址：202.117.15.10，MAC地址00:00:00:00:00:10

主機(jī)B的IP地址：202.117.15.11，MAC地址00:00:00:00:00:11

A此時要給B發(fā)送一個UDP包（三層包），A不知道B的MAC地址，過程如下：

1． A發(fā)送一個ARP request（廣播包，目的MAC全1），LAN中的所有主機(jī)（不考慮VLAN）都會收到這個ARP request。這個ARP request的內(nèi)容主要是：哪位小哥的IP地址是202.117.15.11啊，告訴我唄，我的IP地址是202.117.15.10，MAC地址是00:00:00:00:00:11

2． B收到了這個ARP request后，發(fā)現(xiàn)ARP request詢問的IP地址是自己，B做了N件事:1）更新自己的ARP映射，即把MAC地址00:00:00:00:00:10映射到202.117.15.10上。（不考慮靜態(tài)映射）。2）給主機(jī)A發(fā)送ARP reply（單播，A的MAC地址已知），主要內(nèi)容是：哎呀，Ａ你好啊，我就是你要找的那個B(202.117.15.11)啊，我的MAC地址是00:00:00:00:00:11。其他主機(jī)收到這個廣播后，會執(zhí)行步驟1），更新自己的ARP映射（不考慮存在靜態(tài)映射的情況）

3． A收到B發(fā)來的ARP reply，更新自己的ARP映射，即把MAC地址00:00:00:00:00:11映射到202.117.15.11上。

4． 此時A知道了B的MAC地址，B也知道A的MAC地址，于是A和B就可以沒羞沒臊地聊天了（互相發(fā)送三層數(shù)據(jù)包），只要某個時刻其中一個主機(jī)的MAC地址-IP地址映射過期了，就再次重復(fù)1到3的過程，然后繼續(xù)愉快地聊天，一點都不影響興致呢。

3. ARP包的格式

ARP在OSI七層模型中和TCP/IP四層模型中都被放在了數(shù)據(jù)鏈路層（二層），但是又有點像三層的，ARP有ethtype(0x0806),IP的ethtype是0x0800，貌似有稱為2.5層的

下面是Ethernet & IPv4網(wǎng)絡(luò)中的ARP包的格式

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ARP包是封裝在以太幀中，和IP包在以太幀中的位置是一樣一樣的

字段說明：

Hardware type: MAC地址類別，Ethernet中該值為1。通常所說的MAC地址，物理地址，數(shù)據(jù)鏈路層地址都指的同一個東西，以太網(wǎng)中的MAC地址又成為以太網(wǎng)地址。

Protocol type: 協(xié)議地址類別，IPv4網(wǎng)絡(luò)中該值為0x0800（是的，和ethtype的值是一樣的，這不是巧合，用的就是Ethtype的值）

Hardware address length:MAC地址長度，Ethernet中該值為6

Protocol address length:協(xié)議地址長度，IPv4中該值為4

Operation: 說明ARP包的類型，request時值為1，reply為2

Sender hardware address?發(fā)送者的MAC地址

Sender protocol address:發(fā)送者的協(xié)議地址（IPv4地址）

Target hardware address:目標(biāo)MAC地址，ARP request中為廣播地址（全1）

Target protocol address:目標(biāo)協(xié)議地址，

發(fā)送者會在ARP request中填入自己的MAC地址，IP地址（Sender地址），目標(biāo)MAC填入二層廣播地址，目的IP地址填入詢問的IP地址，目標(biāo)主機(jī)收到ARP request后，發(fā)送ARP reply包，ARP reply中的Target地址是ARP request的Sender MAC地址和IP地址，ARPreply的Sender地址是主機(jī)自己的MAC地址和IP地址。

4. ARP映射的類別和超時時間

C:動態(tài)的映射，動態(tài)學(xué)習(xí)獲得的，就是通過上述的那個一般過程獲得的，一般超時時間為20分鐘（RFC1122中規(guī)定的）

M:靜態(tài)的映射，手動靜態(tài)配置的ARP映射，沒有超時時間，但是大多數(shù)的實現(xiàn)中ARP reply會更改靜態(tài)的ARP映射（不管本主機(jī)是否發(fā)送過ARP request），沒有做過這個實驗，不清楚替換后的ARP映射是靜態(tài)的還是動態(tài)的。

P:publish，主要用于代理ARP，代理ARP讓主機(jī)回應(yīng)（發(fā)送ARP reply）不是指向自己IP地址的ARP request，讓Sender以為自己是要找的MAC地址。這個現(xiàn)在很少用了

5. Gratuitous ARP

無理由ARP（請無視我的翻譯），GratuitousARP是指主機(jī)發(fā)送一個目標(biāo)IP為自己IP的ARP request。Gratuitous ARP一般在系統(tǒng)bootstrap（引導(dǎo)程序）時間執(zhí)行（這里我不太理解，計算不是系統(tǒng)啟動時間，只要是網(wǎng)卡啟動時應(yīng)該都會發(fā)送的吧）網(wǎng)卡發(fā)送一個目標(biāo)IP為自己ARP request。

這個ARP包主要有兩個作用：

1． 主機(jī)確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中是否有主機(jī)的IP和自己的IP是一樣的。如果這個ARPrequest發(fā)出后，收到了ARP reply，說明當(dāng)前LAN（或者VLAN）有主機(jī)用了和本機(jī)一樣的IP。這個時候系統(tǒng)通常會提醒用戶IP地址沖突。如果沒有收到ARP reply，說明LAN（或者VLAN）中沒有主機(jī)和自己IP地址一樣。

2． 主機(jī)的MAC地址可能發(fā)生了變化（比如修改了MAC地址，或者換了網(wǎng)卡）。ARP request可以讓LAN(或者VLAN)中所有主機(jī)更新ARP request發(fā)送者的IP和MAC的映射關(guān)系。（靜態(tài)的ARP映射關(guān)系應(yīng)該不會被ARP reqeust更新，通常只會被ARP reply更新——這個是我根據(jù)上下文推測的，還沒有試驗過）

6. 地址沖突檢測（ACD）

Gratuitous ARP發(fā)現(xiàn)地址沖突后什么都不能做，只能提示用戶發(fā)生了地址沖突。所以RFC5227提出了一個新的機(jī)制：ACD（Address Conflict Detection）

ACD可以對地址沖突做出反應(yīng)，ACD定義了ARP probe和ARP announcement兩種ARP包（都是ARP request，只是填充內(nèi)容不太一樣）

ARP probe：用于檢測IP地址沖突，Sender IP填充為0，填充為0是為了避免對其他主機(jī)的ARP cache造成污染（因為可能已經(jīng)有主機(jī)正在使用候選IP地址了，不要影響別人的正常通行嘛），Target IP是候選IP地址（即本機(jī)想要使用的IP地址）

ARP announcement：用于昭示天下（LAN）本機(jī)要使用某個IP地址了，是一個SenderIP和Traget IP填充的都是本機(jī)IP地址的ARP request。這會讓LAN(VLAN)中所有主機(jī)都會更新自己的ARP cache，將IP地址映射到發(fā)送者的MAC地址。

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6.1 ACD流程
1． 網(wǎng)卡啟動時（或者從睡眠狀態(tài)恢復(fù)，或者鏈接建立時）會發(fā)送一個ARP probe。（為了避免多個網(wǎng)卡同時啟動同時發(fā)ARP probe造成擁塞，有一個擁塞避免策略，不會立刻發(fā)送ARP probe，單個網(wǎng)卡的多個probe也不會連續(xù)發(fā)送，會有間隔時間）

2． 發(fā)送主機(jī)可能收到ARP reply或者ARP probe，如果收到了ARP reply，說明候選IP地址已經(jīng)有主機(jī)在用了。如果收到了一個Target IP地址為候選IP的ARPprobe，說明另外一個主機(jī)也同時想要使用該候選IP地址。這種情況下，兩個主機(jī)都會提醒用戶出現(xiàn)了IP地址沖突。然后進(jìn)行地址沖突處理（見后面）

3． 如果上述兩種ARP包都沒有收到，說明候選IP地址可用。主機(jī)發(fā)送一個ARP announcement，告訴其他主機(jī)這個候選IP有人用了，這個ARP request會讓LAN（VLAN）中其他主機(jī)更新ARP cache。

4． 系統(tǒng)運行期間，ACD是一直在運行的，這點與Gratuitous ARP不同。主機(jī)會一直檢測收到的ARP reqeust 和ARP reply，判斷Sender IP域是否和本機(jī)IP地址一樣，如果一樣說明有主機(jī)也在用這個IP地址了。然后需要進(jìn)行地址沖突處理。（見下面）

地址沖突處理：《RFC5527》提供了三種可選的解決機(jī)制：1）放棄使用該IP地址，2）發(fā)送一個ARP announcement來進(jìn)行IP地址“守衛(wèi)”，如果沖突仍然繼續(xù)存在，放棄使用這個IP。3）無視沖突，繼續(xù)使用這個IP

7. TODO：

1． 實驗ARP reqeust 和ARP reply 是否可以更新靜態(tài)IP-MAC映射

2． 實驗不斷發(fā)送ARP reqeust進(jìn)行攻擊

3． 實驗不斷發(fā)送ARP reply進(jìn)行攻擊

4． 實驗使用ARP欺騙LAN中的其他主機(jī)（讓主機(jī)以為自己是網(wǎng)關(guān)，或者讓網(wǎng)關(guān)以為自己是目的主機(jī)，或者both），并在主機(jī)無法察覺的情況下查看主機(jī)數(shù)據(jù)。嘗試去篡改用戶數(shù)據(jù)

來源：https://blog.csdn.net/xiaopeng_thriller/article/details/108200717

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