ARP协议简介、ARP风险及缓解办法

IP地址和MAC地址简介
局域网中目的MAC地址的作用
ARP协议
ARP风险
ARP风险的缓解办法

ARP协议的详细讲解，可以参考视频《电子科技大学TCPIP协议原理》.(杨宁).[42讲]，第22个视频的10分30秒处。视频质量可以参考这篇博客[点评] [电子科技大学][TCP/IP协议原理][杨宁]

或者可以参考这篇文章Info-Finder | IP知识百科 | 什么是ARP？，这篇文章讲解了ARP协议的各种类型、老化机制以及ARP报文格式。本文从“为什么需要ARP协议”这个问题开始，简述ARP协议并站在网络安全的角度阐述ARP协议的风险和应对策略。

IP地址和MAC地址简介

讲解ARP协议之前，先讲解网络中的两种地址标识。

终端在网络中的标识有两种地址，一种是逻辑地址（IP地址），另一种是物理地址（MAC地址）。其中IP地址属于第三层（网络层），在跨局域网的路由选择中起作用，具有全局性。MAC地址属于第二层（数据链路层），MAC地址的作用范围是局域网，具有本地性。早期以太网只有交换机，没有路由器，以太网内通过MAC地址通信。后来有了互联网（Internet），采用了IP+MAC地址的通信方式。
逻辑地址：电子科技大学（清水河校区）
物理地址：四川省成都市高新西区西源大道2006号

有关MAC地址的介绍可以参考之前写的博客https://blog.csdn.net/Robert_30/article/details/124409549

局域网中目的MAC地址的作用

为什么需要ARP协议？通信的前提是确定通信的对象——源和宿，在两个不同的局域网中，可以通过目标的IP地址到达目标所在的局域网（路由–网络层的作用），但是局域网的路由器如何获知局域网内的某个IP地址是否存在？或者说它的MAC地址是多少呢？

在一个局域网中，某台主机（A）知道自己的IP地址（IP A）、自己的MAC地址（MAC A）、希望通信的目的主机的IP地址（IP B）——IP A +MAC A +IP B，如何将数据包从A发到B？答案是，A的数据包分组需要封装在数据帧中传送，数据帧的常见格式如下图所示，根据分析，数据帧缺少目的MAC地址，此时需要ARP协议实现IP B→MAC B，来获取目的MAC地址。

ARP协议

在以太网上，IP 分组是封装在以太帧中发送的，因此发送时除了要有接收站的 IP 地址（IP 分组中的目的 IP 地址）外，还需要接收站的 MAC 地址（以太网帧中的目的MAC 地址）。ARP 协议（RFC 826）实现了 IP 地址（逻辑地址）到 MAC 地址（物理地址）的动态映射，并将所获得的映射存放在 ARP 高速缓存表中。其中地址映射有静态地址映射，也有动态的地址映射，对应的有静态ARP表和动态ARP表。计算机根据ARP表就可以在局域网中通信。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是用来将IP地址解析为MAC地址的协议。
RARP协议是查找到与MAC地址所对应的主机的IP地址，与ARP协议刚好相反。

ARP：IP→MAC
RARP：MAC→IP

ARP和RARP请求通常是广播分组，只有一个对应的节点（例如网关）回答报文给询问主机，查询结果存储在一张ARP表中。

如图所示，通过wireshark抓包，可以看到有ARP单波分组，以及ARP广播分组。

ARP风险

ARP的风险分为，ARP响应欺骗攻击和ARP请求欺骗攻击。ARP响应欺骗攻击又分为资源攻击、DoS攻击、MitM（中间人）攻击。

ARP分组有ARP请求分组和ARP响应分组，分别是希望目的IP的MAC地址以及响应目的IP的MAC地址。根据RFC826可以看到ARP分组格式，其中操作代码值1表示ARP请求分组，操作代码值2表示ARP响应分组，如下图：（硬件类型：0x0001=以太网，0x0800=IP协议）

ARP响应欺骗攻击是ARP响应分组对动态ARP表的影响。

资源攻击是许多假的ARP响应分组将动态ARP表的填满，例如路由器ARP表被填满，局域网中A主机的ARP表项不在ARP表中，此时BpingA操作，路由器发送ARP请求分组，路由器是无法接收A的响应分组。
DoS攻击是使用ARP响应分组对ARP表中已有的ARP表项的目的MAC地址更改为错误的MAC地址，这样就导致目的MAC的主机网络中断。
MitM（中间人）攻击是黑客收到ARP请求分组时伪造ARP响应分组，在正常的通信中间参与一个中间人的身份，对网络安全的影响是窃取数据、修改数据或者阻隔正常通信导致网络性能下降。例如A(IP A , MAC A)询问C，这时B回应C的MAC在这里，A就误以为B是目标通信者了。

ARP请求欺骗攻击是黑客持续的发送伪造ARP请求分组，例如目的主机的IP是192.168.1.2，ARP请求分组中，源IP地址和目的IP地址均为192.168.1.2，这就导致目的主机收到这个广播数据包之后，判断本机IP地址冲突，网络连接是不可用的，最终导致网络中断。

ARP风险的缓解办法

ARP地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，它的诞生使得网络能够更加高效的运行，但其本身也存在缺陷，有以下几种方法可以缓解：

硬编码ARP表，就是设置静态ARP表；
动态ARP表中设置老化时间（缓解资源攻击，事实上，动态表都应该有一个“租期”或者说“老化时间”）；
过滤ARP应答，把未经请求的ARP表进行过滤（但是不能阻止DoS攻击）；
锁住ARP表，在建立好IP/MAC映射之后，锁住这个ARP表项，缓解中间人攻击；
设置代理或者防火墙，来应对ARP的请求分组和响应分组；
DHCP snooping。网络设备可借由DHCP保留网络上各电脑的MAC地址，在伪造的ARP数据包发出时即可侦测到。

参考链接：
[1]. 网络安全基础（胡道元）-通信网络安全体系结构
[2].《电子科技大学TCPIP协议原理》.(杨宁).[42讲]
[3]. 维基百科-ARP欺骗
[4]. 百度百科-ARP（地址解析协议）