ARP协议揭密
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-arp/index.html?mhq=arp%E5%8D%8F%E8%AE%AE&mhsrc=ibmsearch_a
1 ARP協議概述
IP數據包常通過以太網發送。以太網設備并不識別32位IP地址：它們是以48位以太網地址傳輸以太網數據包的。因此，IP驅動器必須把IP目的地址轉換成以太網網目的地址。在這兩種地址之間存在著某種靜態的或算法的映射，常常需要查看一張表。地址解析協議(Address Resolution Protocol，ARP)就是用來確定這些映象的協議。
ARP工作時，送出一個含有所希望的IP地址的以太網廣播數據包。目的地主機，或另一個代表該主機的系統，以一個含有IP和以太網地址對的數據包作為應答。發送者將這個地址對高速緩存起來，以節約不必要的ARP通信。
如果有一個不被信任的節點對本地網絡具有寫訪問許可權，那么也會有某種風險。這樣一臺機器可以發布虛假的ARP報文并將所有通信都轉向它自己，然后它就可以扮演某些機器，或者順便對數據流進行簡單的修改。ARP機制常常是自動起作用的。在特別安全的網絡上， ARP映射可以用固件，并且具有自動抑制協議達到防止干擾的目的。
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圖1 以太網上的ARP報文格式
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圖1是一個用作IP到以太網地址轉換的ARP報文的例子。在圖中每一行為32位，也就是4個八位組表示，在以后的圖中，我們也將遵循這一方式。
硬件類型字段指明了發送方想知道的硬件接口類型，以太網的值為1。協議類型字段指明了發送方提供的高層協議類型，IP為0806（16進制）。硬件地址長度和協議長度指明了硬件地址和高層協議地址的長度，這樣ARP報文就可以在任意硬件和任意協議的網絡中使用。操作字段用來表示這個報文的目的，ARP請求為1，ARP響應為2，RARP請求為3，RARP響應為4。
當發出ARP請求時，發送方填好發送方首部和發送方IP地址，還要填寫目標IP地址。當目標機器收到這個ARP廣播包時，就會在響應報文中填上自己的48位主機地址。
2 ARP使用舉例
我們先看一下linux下的arp命令(如果開始arp表中的內容為空的話,需要先對某臺主機進行一個連接,例如ping一下目標主機來產生一個arp項)：
| 1 2 3 4 5 6 7 | d2server:/home/kerberos# arp Address????????? HWtype? HWaddress???????? Flags Mask??????????? Iface 211.161.17.254?? ether?? 00:04:9A:AD:1C:0A????? C???????????????? eth0 Address：主機的IP地址 Hwtype：主機的硬件類型 Hwaddress：主機的硬件地址 Flags Mask：記錄標志，"C"表示arp高速緩存中的條目，"M"表示靜態的arp條目。 |
用"arp --a"命令可以顯示主機地址與IP地址的對應表，也就是機器中所保存的arp緩存信息。這個高速緩存存放了最近Internet地址到硬件地址之間的映射記錄。高速緩存中每一項的生存時間一般為20分鐘，起始時間從被創建時開始算起。
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | d2server:/home/kerberos# arp -a (211.161.17.254) at 00:04:9A:AD:1C:0A [ether] on eth0 可以看到在緩存中有一條211.161.17.254相對應的arp緩存條目。 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. |
在執行上面一條telnet命令的同時，用tcpdump進行監聽：
| 1 2 | d2server:/home/kerberos# tcpdump -e dst host 211.161.17.21 tcpdump: listening on eth0 |
我們將會聽到很多包，我們取與我們arp協議相關的2個包：
| 1 2 3 4 | 1? 0.0????? 00:D0: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?? 00:D0: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，源端主機（d2server）的硬件地址是00:D0:F8:0A:FB:83。目的端主機的硬件地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，這是一個以太網廣播地址。電纜上的每個以太網接口都要接收這個數據幀并對它進行處理。
第1行中緊接著的一個輸出字段是arp，表明幀類型字段的值是0x0806，說明此數據幀是一個ARP請求或回答。
在每行中，單詞后面的值60指的是以太網數據幀的長度。由于ARP請求或回答的數據幀長都是42字節（28字節的ARP數據，14字節的以太網幀頭），因此，每一幀都必須加入填充字符以達到以太網的最小長度要求：60字節。
第1行中的下一個輸出字段arp who-has表示作為ARP請求的這個數據幀中，目的I P地址是211.161.17.21的地址，發送端的I P地址是d2server的地址。tcpdump打印出主機名對應的默認I P地址。
從第2行中可以看到，盡管ARP請求是廣播的，但是ARP應答的目的地址卻是211.161.17.21(00:E0:3C:43:0D:24)。ARP應答是直接送到請求端主機的，而是廣播的。tcpdump打印出arp reply的字樣，同時打印出響應者的主機ip和硬件地址。
在每一行中，行號后面的數字表示tcpdump收到分組的時間（以秒為單位）。除第1行外，每行在括號中還包含了與上一行的時間差異（以秒為單位）。
這個時候我們再看看機器中的arp緩存：
| 1 2 3 | 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高速緩存中已經增加了一條有關211.161.17.21的映射。
再看看其他的arp相關的命令：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | 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 |
可以看到我們用arp -s選項設置了211.161.17.21對應的硬件地址為00:00:00:00:00:00，而且這條映射的標志字段為CM,也就是說我們手工設置的arp選項為靜態arp選項，它保持不變沒有超時，不像高速緩存中的條目要在一定的時間間隔后更新。
如果想讓手工設置的arp選項有超時時間的話，可以加上temp選項
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | 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 |
可以看到標志字段的靜態arp標志"M"已經去掉了，我們手工加上的是一條動態條目。
請大家注意arp靜態條目與動態條目的區別。
在不同的系統中，手工設置的arp靜態條目是有區別的。在linux和win2000中，靜態條目不會因為偽造的arp響應包而改變，而動態條目會改變。而在win98中，手工設置的靜態條目會因為收到偽造的arp響應包而改變。
如果您想刪除某個arp條目（包括靜態條目），可以用下面的命令：
| 1 2 3 4 | 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 <incomplete> on eth0 |
可以看到211.161.17.21的arp條目已經是不完整的了。
還有一些其他的命令，可以參考linux下的man文檔：
| 1 | d2server:/home/kerberos# man arp |
3 ARP欺騙
我們先復習一下上面所講的ARP協議的原理。在實現TCP/IP協議的網絡環境下，一個ip包走到哪里，要怎么走是靠路由表定義，但是，當ip包到達該網絡后，哪臺機器響應這個ip包卻是靠該ip包中所包含的硬件mac地址來識別。也就是說，只有機器的硬件mac地址和該ip包中的硬件mac地址相同的機器才會應答這個ip包，因為在網絡中，每一臺主機都會有發送ip包的時候，所以，在每臺主機的內存中，都有一個 arp--> 硬件mac 的轉換表。通常是動態的轉換表（該arp表可以手工添加靜態條目）。也就是說，該對應表會被主機在一定的時間間隔后刷新。這個時間間隔就是ARP高速緩存的超時時間。
通常主機在發送一個ip包之前，它要到該轉換表中尋找和ip包對應的硬件mac地址，如果沒有找到，該主機就發送一個ARP廣播包，于是，主機刷新自己的ARP緩存。然后發出該ip包。
了解這些常識后，現在就可以談在以太網絡中如何實現ARP欺騙了，可以看看這樣一個例子。
3.1 同一網段的ARP欺騙
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圖2 同一網段的arp欺騙
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如圖2所示，三臺主機
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
一個位于主機B的入侵者想非法進入主機A，可是這臺主機上安裝有防火墻。通過收集資料他知道這臺主機A的防火墻只對主機C有信任關系（開放23端口(telnet)）。而他必須要使用telnet來進入主機A，這個時候他應該如何處理呢？
我們這樣考慮，入侵者必須讓主機A相信主機B就是主機C，如果主機A和主機C之間的信任關系是建立在ip地址之上的。如果單單把主機B的ip地址改的和主機C的一樣，那是不能工作的，至少不能可靠地工作。如果你告訴以太網卡設備驅動程序， 自己IP是192.168.0.3，那么這只是一種純粹的競爭關系，并不能達到目標。我們可以先研究C這臺機器如果我們能讓這臺機器暫時當掉，競爭關系就可以解除,這個還是有可能實現的。在機器C當掉的同時，將機器B的ip地址改為192.168.0.3,這樣就可以成功的通過23端口telnet到機器A上面，而成功的繞過防火墻的限制。
上面的這種想法在下面的情況下是沒有作用的，如果主機A和主機C之間的信任關系是建立在硬件地址的基礎上。這個時候還需要用ARP欺騙的手段讓主機A把自己的ARP緩存中的關于192.168.0.3映射的硬件地址改為主機B的硬件地址。
我們可以人為的制造一個arp_reply的響應包,發送給想要欺騙的主機,這是可以實現的,因為協議并沒有規定必須在接收到arp_echo后才可以發送響應包.這樣的工具很多,我們也可以直接用snifferpro抓一個arp響應包,然后進行修改。
你可以人為地制造這個包。可以指定ARP包中的源IP、目標IP、源MAC地址、目標MAC地址。
這樣你就可以通過虛假的ARP響應包來修改主機A上的動態ARP緩存達到欺騙的目的。
下面是具體的步驟：
上面就是一個ARP的欺騙過程，這是在同網段發生的情況，但是，提醒注意的是，在B和C處于不同網段的時候，上面的方法是不起作用的。
3.2 不同網段的ARP欺騙
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圖3 不同網段之間的ARP欺騙
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如圖3所示A、C位于同一網段而主機B位于另一網段，三臺機器的ip地址和硬件地址如下：
A: ip地址 192.168.0.1 硬件地址 AA:AA:AA:AA:AA:AA?
B: ip地址 192.168.1.2 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
在現在的情況下，位于192.168.1網段的主機B如何冒充主機C欺騙主機A呢？顯然用上面的辦法的話，即使欺騙成功，那么由主機B和主機A之間也無法建立telnet會話，因為路由器不會把主機A發給主機B的包向外轉發，路由器會發現地址在192.168.0.這個網段之內。
現在就涉及到另外一種欺騙方式―ICMP重定向。把ARP欺騙和ICMP重定向結合在一起就可以基本實現跨網段欺騙的目的。
什么是ICMP重定向呢？
ICMP重定向報文是ICMP控制報文中的一種。在特定的情況下，當路由器檢測到一臺機器使用非優化路由的時候，它會向該主機發送一個ICMP重定向報文，請求主機改變路由。路由器也會把初始數據報向它的目的地轉發。
我們可以利用ICMP重定向報文達到欺騙的目的。
下面是結合ARP欺騙和ICMP重定向進行攻擊的步驟：
其實上面的想法只是一種理想話的情況，主機許可接收的ICMP重定向包其實有很多的限制條件，這些條件使ICMP重定向變的非常困難。
TCP/IP協議實現中關于主機接收ICMP重定向報文主要有下面幾條限制：
由于有這些限制，所以ICMP欺騙實際上很難實現。但是我們也可以主動的根據上面的思維尋找一些其他的方法。更為重要的是我們知道了這些欺騙方法的危害性，我們就可以采取相應的防御辦法。
3.3 ARP欺騙的防御
知道了ARP欺騙的方法和危害，我們給出一些初步的防御方法：
在linux下可以通過在防火墻上拒絕ICMP重定向報文或者是修改內核選項重新編譯內核來拒絕接收ICMP重定向報文。
在win2000下可以通過防火墻和IP策略拒絕接收ICMP報文。
4 代理ARP的應用
代理ARP有兩大應用,一個是有利的就是我們在防火墻實現中常說的透明模式的實現,另一個是有害的就是通過它可以達到在交換環境中進行嗅探的目的.由此可見同樣一種技術被應用于不同的目的,效果是不一樣的.
我們先來看交換環境中局域網的嗅探.
通常在局域網環境中，我們都是通過交換環境的網關上網的。在交換環境中使用NetXray或者NAI Sniffer一類的嗅探工具除了抓到自己的包以外，是不能看到其他主機的網絡通信的。
但是我們可以通過利用ARP欺騙可以實現Sniffer的目的。
ARP協議是將IP地址解析為MAC地址的協議，局域網中的通信都是基于MAC地址的。
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圖4 交換網絡中的ARP欺騙
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如圖4所示，三臺主機位于一個交換網絡的環境中，其中A是網關：
| 1 2 3 | A: ip地址 192.168.0.1 硬件地址 AA:AA:AA:AA:AA B: ip地址 192.168.0.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB C：ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC |
在局域網中192.168.0.2和192.168.0.3都是通過網關192.168.0.1上網的，假定攻擊者的系統為192.168.0.2，他希望聽到192.168.0.3的通信，那么我們就可以利用ARP欺騙實現。
這種欺騙的中心原則就是arp代理的應用.主機A是局域網中的代理服務器,局域網中每個節點的向外的通信都要通過它.主機B想要聽主機C的通信,它需要先使用ARP欺騙,讓主機C認為它就是主機A,這個時候它發一個IP地址為192.168.0.1,物理地址為BB:BB:BB:BB:BB:BB的ARP響應包給主機C,這樣主機C會把發往主機A的包發往主機B.同理,還要讓網關A相信它就是主機C,向網關A發送一個IP地址為192.168.0.3,物理地址為BB:BB:BB:BB:BB:BB的包.
上面這一步的操作和前面的ARP欺騙的原理是一樣的,但是還是有問題,過一段時間主機B會發現自己無法上網.所以下面還有一個步驟就是需要在主機B上轉發從主機A到主機C的包,并且轉發從主機C到主機A的包.現在我們可以看到其實主機B在主機A和主機C的通訊中起到了一個代理的作用,這就是為什么叫做ARP代理的原因.
具體實現要用到兩個工具dsniff和fragrouter,dsniff用來實現ARP欺騙,fragroute用來進行包的轉發.
首先利用dsniff中的arpspoof來實現ARP欺騙,dsniff軟件可以在下面的網址下載:
http://naughty.monkey.org/~dugsong/dsniff
安裝這個軟件包之前先要下載安裝libnet.
欺騙192.168.0.3，告訴這臺機器網關192.168.0.1的MAC地址是192.168.0.2的MAC地址.
| 1 | [root@sound dsniff-2.3]# ./arpspoof -i eth0 -t 192.168.0.3 192.168.0.1 |
欺騙192.168.0.1，告訴192.168.0.1主機192.168.0.3的MAC地址是192.168.0.2的MAC地址。
| 1 | [root@sound dsniff-2.3]# ./arpspoof -i eth0 -t 192.168.0.1 192.168.0.3 |
現在我們已經完成了第一步的欺騙,這個欺騙是通過arpspoof來完成的,當然您也可以使用別的工具甚至自己發包來完成.現在我們可以看到在主機A和主機C的arp列表里面都完成了我們需要的工作.在后面的透明代理中我們將使用另外一種不同的理念.
下面我們先打開linux系統中的轉發包的選項:
| 1 | [root@sound /root]# echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward |
下面我們可以下載大名鼎鼎的dugsong的另外一個工具fragroute,這個工具以前叫做fragrouter(僅有1字的差別)主要用于實現入侵檢測系統處理分片的ip和tcp包功能的檢測,本身自代包轉發的功能.可以到下面的網站下載:
http://monkey.org/~dugsong/fragroute/
安裝這個軟件包之前先要下載安裝libpcap和libevent.
當然我們也可以使用fragrouter來完成:
http://www.packetstormsecurity.org/groups/ w00w00/sectools/fragrouter/
| 1 2 | [root@sound fragrouter-1.6]# ./fragrouter -B1 fragrouter: base-1: normal IP forwarding |
現在就可以實現在交換局域網中嗅探的目標.當然上面這些只是一些原理性的介紹,在真正的使用中會遇到很多的問題,比如如何實現對網關A和主機C的欺騙,以及如何處理可能出現的廣播風暴問題,這些可以在實踐中學習.還有一個叫arpsniff的工具能夠很方便的完成這一功能,很多網站都提供下載,界面比較友好,由于和上面的原理一樣,只是工具使用上的不同并且添加了一些附加的功能,所以這里不在進行介紹.
代理ARP的另外一個應用就是防火墻的透明代理的實現.我們都知道早期的防火墻大都是基于路由模式,也就是防火墻要完成一個路由的作用.這種接入方式需要在局域網內的主機上設置防火墻的IP為代理,而且需要在外部路由器的路由表中加入一條指向防火墻的路由.這種方式的缺點在于不透明,需要進行過多的設置,并且破壞了原有的網絡拓撲.所以現在幾乎全部的防火墻都實現了一種透明接入的功能,用戶的路由器和客戶端不用做任何修改,用戶甚至感覺不到透明接入方式防火墻的存在.這種透明接入的原理就是ARP代理.
我們現在看如何配置一臺主機作為透明接入模式的防火墻(透明接入的防火墻不需要IP),
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圖5
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如圖5所示,一臺防火墻連接內部網段和DMZ網段到外部路由.我們在這臺用作防火墻的主機上使用linux操作系統,這樣我們可以方便的使用iptables防火墻.假設三塊網卡為eth0,eth1和eth2,eth0和路由器相連,eth1和內網相連.eth2和外網相連.假設DMZ區有2臺服務器.
| 1 2 3 4 5 6 | 內網地址:192.168.1.0/24 DMZ地址:192.168.1.2---192.168.1.3 路由器的ip地址:192.168.1.1 eth0:AA:AA:AA:AA:AA:AA eth1:BB:BB:BB:BB:BB:BB eth2:CC:CC:CC:CC:CC:CC |
和前面差不多,第一步需要實現ARP欺騙,這次我們有個簡單的實現.我們把路由器的IP地址和防火墻的eth1和eth2的網卡物理地址綁定,將內網和DMZ網段的IP地址和eth0的網卡綁定,在linux系統上我們用arp命令實現:
| 1 2 3 | arp -s 192.168.1.1 BB:BB:BB:BB:BB:BB arp -s 192.168.1.1 CC:CC:CC:CC:CC:CC arp -s 192.168.1.0/24 AA:AA:AA:AA:AA:AA |
第二部我們需要在基于linux的防火墻上設置路由,把目標地址是外部路由的包轉發到eth0,把目標地址為內網的包轉發到eth1,把目標地址是DMZ網段服務器的包轉發到eth2.在linux下面用route命令實現
| 1 2 3 4 | route add 192.168.1.1 dev eth0 route add -net 192.168.1.0/24? dev eth1 route add 192.168.1.2? dev eth2 route add 192.168.1.3? dev eth3 |
(針對DMZ網段里面的每臺服務器都要增加一條單獨的路由) 現在我們就已經實現了一個簡單的arp代理的透明接入,當然對應于防火墻的iptables部分要另外配置,iptables的配置不在本文范疇之內.
小結
本文介紹了ARP協議以及與其相關的安全問題。一個重要的安全問題就是ARP欺騙，我們講到了同一網段的ARP欺騙以及跨網段的ARP欺騙和ICMP重定向相結合的方法。由于有這些安全問題的存在，我們給出一些最基本的解決辦法。最后談到了利用代理ARP實現在交換網絡中嗅探和防火墻的透明接入。
有關更深入的知識請參考RFC826、RFC814、RFC1029、RFC1166以及有關dugsong有關的網頁：http://freshmeat.net/~dugsong/
轉載于:https://www.cnblogs.com/davidwang456/articles/10774175.html
總結
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