ARP协议揭密

鸿鹄

1 ARP协议概述
　　
　　IP数据包常通过以太网发送。以太网设备并不识别32位IP地址：它们是以48位以太网地址传输以太网数据包的。因此，IP驱动器必须把IP目的地址转换成以太网网目的地址。在这两种地址之间存在着某种静态的或算法的映射，常常需要查看一张表。地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)就是用来确定这些映象的协议。
　　
　　ARP工作时，送出一个含有所希望的IP地址的以太网广播数据包。目的地主机，或另一个代表该主机的系统，以一个含有IP和以太网地址对的数据包作为应答。发送者将这个地址对高速缓存起来，以节约不必要的ARP通信。
　　
　　如果有一个不被信任的节点对本地网络具有写访问许可权，那么也会有某种风险。这样一台机器可以发布虚假的ARP报文并将所有通信都转向它自己，然后它就可以扮演某些机器，或者顺便对数据流进行简单的修改。ARP机制常常是自动起作用的。在特别安全的网络上， ARP映射可以用固件，并且具有自动抑制协议达到防止干扰的目的。
　　　
　　图1 以太网上的ARP报文格式
　　
　　图1是一个用作IP到以太网地址转换的ARP报文的例子。在图中每一行为32位，也就是4个八位组表示，在以后的图中，我们也将遵循这一方式。
　　
　　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0806（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目的，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4。
　　
　　当发出ARP请求时，发送方填好发送方首部和发送方IP地址，还要填写目标IP地址。当目标机器收到这个ARP广播包时，就会在响应报文中填上自己的48位主机地址。
　　
　　2 ARP使用举例
　　
　　我们先看一下linux下的arp命令(如果开始arp表中的内容为空的话,需要先对某台主机进行一个连接,例如ping一下目标主机来产生一个arp项)：
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp
　　Address　　　　　HWtype　HWaddress　　　　 Flags Mask　　　　　　Iface
　　211.161.17.254　 ether　 00:04:9A:AD:1C:0A　　　C　　　　　　　　 eth0
　　Address：主机的IP地址
　　Hwtype：主机的硬件类型
　　Hwaddress：主机的硬件地址
　　Flags Mask：记录标志，"C"表示arp高速缓存中的条目，"M"表示静态的arp条目。
　　
　　用"arp --a"命令可以显示主机地址与IP地址的对应表，也就是机器中所保存的arp缓存信息。这个高速缓存存放了最近Internet地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，起始时间从被创建时开始算起。
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp -a
　　(211.161.17.254) at 00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0
　　可以看到在缓存中有一条211.161.17.254相对应的arp缓存条目。
　　d2server:/home/kerberos# telnet 211.161.17.21
　　Trying 211.161.17.21...
　　Connected to 211.161.17.21.
　　Escape character is '^]'.
　　^].
　　telnet>quit
　　connetion closed.
　　
　　在执行上面一条telnet命令的同时，用tcpdump进行监听：
　　
　　d2server:/home/kerberos# tcpdump -e dst host 211.161.17.21
　　tcpdump: listening on eth0
　　
　　我们将会听到很多包，我们取与我们arp协议相关的2个包：
　　
　　1　0.0 000:F8:0A:FB:83 FF:FF:FF:FF:FF:FF　arp　60
　　 who has 211.161.17.21 tell d2server
　　2　0.002344(0.0021) 00:E0:3C:43:0D:24 000:F8:0A:FB:83　arp　60
　　 arp reply 211.161.17.21 is at 00:E0:3C:43:0D:24
　　
　　在第1行中，源端主机（d2server）的硬件地址是000:F8:0A:FB:83。目的端主机的硬件地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，这是一个以太网广播地址。电缆上的每个以太网接口都要接收这个数据帧并对它进行处理。
　　
　　第1行中紧接着的一个输出字段是arp，表明帧类型字段的值是0x0806，说明此数据帧是一个ARP请求或回答。
　　
　　在每行中，单词后面的值60指的是以太网数据帧的长度。由于ARP请求或回答的数据帧长都是42字节（28字节的ARP数据，14字节的以太网帧头），因此，每一帧都必须加入填充字符以达到以太网的最小长度要求：60字节。
　　
　　第1行中的下一个输出字段arp who-has表示作为ARP请求的这个数据帧中，目的I P地址是211.161.17.21的地址，发送端的I P地址是d2server的地址。tcpdump打印出主机名对应的默认I P地址。
　　
　　从第2行中可以看到，尽管ARP请求是广播的，但是ARP应答的目的地址却是211.161.17.21(00:E0:3C:43:0D:24)。ARP应答是直接送到请求端主机的，而是广播的。tcpdump打印出arp reply的字样，同时打印出响应者的主机ip和硬件地址。
　　
　　在每一行中，行号后面的数字表示tcpdump收到分组的时间（以秒为单位）。除第1行外，每行在括号中还包含了与上一行的时间差异（以秒为单位）。
　　
　　这个时候我们再看看机器中的arp缓存：
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp -a
　　(211.161.17.254) at　00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0
　　(211.161.17.21) at　00:E0:3C:43:0D:24 [ether] on eth0
　　
　　arp高速缓存中已经增加了一条有关211.161.17.21的映射。
　　
　　再看看其他的arp相关的命令：
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp -s 211.161.17.21 00:00:00:00:00:00
　　d2server:/home/kerberos# arp
　　Address　　　　　HWtype　HWaddress　　　　Flags Mask　　　 Iface
　　211.161.17.254　　 ether　 00:04:9A:AD:1C:0A　　 C　　　　　　eth0
　　211.161.17.21　　　ether　 00:00:00:00:00:00　　　CM　　　　　 eth0
　　d2server:/home/kerberos# arp -a
　　(211.161.17.254) at 00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0
　　(211.161.17.21) at 00:00:00:00:00:00 [ether] PERM on eth0
　　
　　可以看到我们用arp -s选项设置了211.161.17.21对应的硬件地址为00:00:00:00:00:00，而且这条映射的标志字段为CM,也就是说我们手工设置的arp选项为静态arp选项，它保持不变没有超时，不像高速缓存中的条目要在一定的时间间隔后更新。
　　
　　如果想让手工设置的arp选项有超时时间的话，可以加上temp选项
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp -s 211.161.17.21 00:00:00:00:00:00 temp
　　d2server:/home/kerberos# arp -a
　　(211.161.17.254) at 00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0
　　(211.161.17.21) at 00:00:00:00:00:00 [ether] on eth0
　　d2server:/home/kerberos# arp
　　Address　　　　HWtype　HWaddress　　　　 Flags Mask　　　Iface
　　211.161.17.254　 ether　 00:04:9A:AD:1C:0A　　 C　　　　　　eth0
　　211.161.17.21　　ether　 00:00:00:00:00:00　　　 C　　　　　　eth0
　　
　　可以看到标志字段的静态arp标志"M"已经去掉了，我们手工加上的是一条动态条目。
　　
　　请大家注意arp静态条目与动态条目的区别。
　　
　　在不同的系统中，手工设置的arp静态条目是有区别的。在linux和win2000中，静态条目不会因为伪造的arp响应包而改变，而动态条目会改变。而在win98中，手工设置的静态条目会因为收到伪造的arp响应包而改变。
　　
　　如果您想删除某个arp条目（包括静态条目），可以用下面的命令：
　　
　　d2server:/home/kerberos# arp -d 211.161.17.21　
　　d2server:/home/kerberos# arp -a
　　(211.161.17.254) at 00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0
　　(211.161.17.21) at on eth0
　　
　　可以看到211.161.17.21的arp条目已经是不完整的了。
　　
　　还有一些其他的命令，可以参考linux下的man文档：
　　
　　d2server:/home/kerberos# man arp
　　
　　3 ARP欺骗
　　
　　我们先复习一下上面所讲的ARP协议的原理。在实现TCP/IP协议的网络环境下，一个ip包走到哪里，要怎么走是靠路由表定义，但是，当ip包到达该网络后，哪台机器响应这个ip包却是靠该ip包中所包含的硬件mac地址来识别。也就是说，只有机器的硬件mac地址和该ip包中的硬件mac地址相同的机器才会应答这个ip包，因为在网络中，每一台主机都会有发送ip包的时候，所以，在每台主机的内存中，都有一个 arp--> 硬件mac 的转换表。通常是动态的转换表（该arp表可以手工添加静态条目）。也就是说，该对应表会被主机在一定的时间间隔后刷新。这个时间间隔就是ARP高速缓存的超时时间。
　　
　　通常主机在发送一个ip包之前，它要到该转换表中寻找和ip包对应的硬件mac地址，如果没有找到，该主机就发送一个ARP广播包，于是，主机刷新自己的ARP缓存。然后发出该ip包。
　　
　　了解这些常识后，现在就可以谈在以太网络中如何实现ARP欺骗了，可以看看这样一个例子。
　　
　　3.1 同一网段的ARP欺骗
　　　
　　图2 同一网段的arp欺骗
　　
　　如图2所示，三台主机
　　
　　A: ip地址 192.168.0.1 硬件地址 AA:AA:AA:AA:AA:AA
　　B: ip地址 192.168.0.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB
　　C: ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC:CC
　　
　　
　　一个位于主机B的入侵者想非法进入主机A，可是这台主机上安装有防