ARP原理和ARP攻击

Posted 2020-10-26

ARP--在TCP/IP协议栈中，最不安全的协议莫过于ARP了，我们经常听到的网络扫描，内网渗透，流量欺骗等等，他们基本上都与ARP有关系，甚至可以说，他们的底层都是基于ARP实现的。但是ARP的是实现仅需一问一答的两个包即可，实现上很简单。

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一、ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议，目的是实现IP地址到MAC地址的转换。

在计算机间通信的时候，计算机要知道目的计算机是谁（就像我们人交流一样，要知道对方是谁），这中间需要涉及到MAC地址，而MAC是真正的电脑的唯一标识符。

为什么需要ARP协议呢？因为在OSI七层模型中，对数据从上到下进行封装发送出去，然后对数据从下到上解包接收，但是上层（网络层）关心的IP地址，下层关心的是MAC地址，这个时候就需要映射IP和MAC。

ARP之简单请求应答

    当两台计算机在同一个局域网通信，我们以ping命令为例，该命令使用的ICMP协议

PC1依据OSI模型①依次从上至下对数据进行封装，包括对ICMP Date加IP包头的封装，但是到了封装MAC地址的时候，②PC1首先查询自己的ARP缓存表，发现没有IP2和他的MAC地址的映射，这个时候MAC数据帧封装失败。我们使用ping命令的时候，是指定PC2的IP2的，计算机是知道目的主机的IP地址，能够完成网络层的数据封装，因为设备通信还需要对方的MAC地址，但是PC1的缓存表里没有，所以在MAC封装的时候填入不了目的MAC地址。

那么PC1为了获取PC2的MAC地址，③PC1要发送询问信息，询问PC2的MAC地址，询问信息包括PC1的IP和MAC地址、PC2的IP地址，这里我们想到一个问题，即使是询问信息，也是需要进行MAC数据帧的封装，那这个询问信息的目的MAC地址填什么呢，规定当目的MAC地址为ff-ff-ff-ff-ff-ff时，就代表这是一个询问信息，也即使后面我要说的广播。

PC2收到这个询问信息后，将这里面的IP1和MAC1（PC1的IP和MAC）添加到本地的ARP缓存表中，然后④PC2发送应答信息，对数据进行IP和MAC的封装，发送给PC2，因为缓存表里已经有PC1的IP和MAC的映射了呢。这个应答信息包含PC2的IP2和MAC2。PC1收到这个应答信息，理所应当的就获取了PC2的MAC地址，并添加到自己的缓存表中。

经过这样交互式的一问一答，PC1和PC2都获得了对方的MAC地址，值得注意的是，目的主机先完成ARP缓存，然后才是源主机完成ARP缓存。之后PC1和PC2就可以真正交流了。

ARP之广播请求单播回应

    上图面的图解是不完全的ARP协议，因为在局域网里边不会只有两台主机，这里就要考虑如何在局域网众多主机里获得目的主机的MAC。

和上面的一样，刚开始PC1并不知道PC2的MAC地址，同样需要发送ARP请求，但是这个局域网里主机很多，怎么唯独获取PC2的MAC呢，①我们想到和一群陌生人交流一样，可以挨着询问一遍，这就是我们要说的广播，首先PC1广播发送询问信息（信息和上一张图介绍的一样），在这个普通交换机上连接的设备都会受到这个PC1发送的询问信息。

接下来②需要做的是，所有在这个交换机上的设备需要判断此询问信息，如果各自的IP和要询问的IP不一致，则丢弃，如图PC3、Route均丢弃该询问信息，而对于PC2判断该询问信息发现满足一致的要求，则接受，同样的写入PC1的IP和MAC到自己的ARP映射表中。

最后，③PC2单播发送应答信息给PC1，告诉PC1自己的IP和MAC地址。

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二、ARP数据包信息

ARP数据的详细信息列表如下

Hardware type	硬件类型，标识链路层协议
Protocol type	协议类型，标识网络层协议
Hardware size	硬件地址大小，标识MAC地址长度，这里是6个字节（48bti）
Protocol size	协议地址大小，标识IP地址长度，这里是4个字节（32bit）
Opcode	操作代码，标识ARP数据包类型，1表示请求，2表示回应
Sender MAC address	发送者MAC
Sender IP address	发送者IP
Target MAC address	目标MAC，此处全0表示在请求
Target IP address	目标IP

ARP请求包

ARP应答包

内容格式和上图相似，不过会有目的地址对应的MAC地址，ARP数据包类型字段为2。

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三、ARP攻击

我们知道，当PC1对PC2正常通信的时候（先别管攻击者PC3），PC2、PC1会先后建立对方的IP和MAC地址的映射（即建立ARP缓存表），同时对于交换机而言，它也具有记忆功能，会基于源MAC地址建立一个CAM缓存表（记录MAC对应接口的信息），理解为当PC1发送消息至交换机的Port1时，交换机会把源MAC（也就是MAC1）记录下来，添加一条MAC1和Port1的映射，之后交换机可以根据MAC帧的目的MAC进行端口转发，这个时候PC3只是处于监听状态，会把PC1的广播丢弃。

正常的PC3会把广播包丢弃，同样的PC3可以抓住这一环节的漏洞，把不属于自己的广播包接收，同时回应一个虚假的回应包，告诉PC1我就是PC2

（IP2-MAC3），这样PC1会收到两个回应包（一个正确的IP2-MAC2，一个虚假的IP2-MAC3），但是PC1并不知道到底哪个是真的，所以PC1会做出判断，并且判断后到达的为真，那么怎么让虚假的回应包后到达呢，PC3可以连续不断的发送这样的回应包，总会把哪个正确的回应包覆盖掉。

而后PC1会建立IP2-MAC3这样一条ARP缓存条目，以后当PC1给PC2发送信息的时候，PC1依据OSI模型从上至下在网络层给数据封装目的IP为IP2的包头，在链路层通过查询ARP缓存表封装目的MAC为MAC3的数据帧，送至交换机，根据查询CAM表，发现MAC3对应的接口为Port3，就这样把信息交付到了PC3，完成了一次ARP攻击。

如果ARP攻击严重话，会导致同一个局域网（也是同一个广播域）的所有主机的ARP缓存表中都存放着错误的IP和MAC的映射，如上图，每台主机的ARP缓存表中，不论哪个IP，都会映射到攻击者的MAC地址MAC1上，这样该局域网内的所有主机的消息都发送到Hacker的主机上。

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