ARP协议

ARP协议

1.简介

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

在局域网中，当主机或其它网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时，它必须知道对方的网络层地址(即IP地址)。但是仅仅有IP地址是不够的，因为IP数据报文必须封装成帧才能通过物理网络发送，因此发送站还必须有接收站的物理地址，所以需要一个从IP地址到物理地址的映射，APR就是实现这个功能的协议。

2.原理

主机以广播的方式，发送包含目标IP地址的包到网络上的所有主机，然后接收返回信息，以此来确定目标地址的MAC地址，收到响应信息后，将IP地址和MAC地址的映射缓存一段时间(下次请求可以先查缓存，这样节省时间)。

3.功能

ARP是IPv4中必不可少的一种协议，它的主要功能是：

• 将IP地址解析为MAC地址
• 维护IP地址与MAC地址的映射关系的缓存，即ARP表项
• 实现网段内重复IP地址的检测

4.类型

4.1 动态ARP

动态ARP表项由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护，可以被老化，可以被新的ARP报文更新，也可以被静态ARP表项覆盖。

动态ARP适用于拓扑结构复杂、通信实时性要求高的网络。

4.2 静态ARP

静态ARP表项是由网络管理员手工建立的IP地址和MAC地址之间固定的映射关系。静态ARP表项不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。

正常情况下网络中设备可以通过ARP协议进行ARP表项的动态学习，生成的动态ARP表项可以被老化，可以被更新。但是当网络中存在ARP攻击时，设备中动态ARP表项可能会被更新成错误的ARP表项，或者被老化，造成合法用户通信异常。

静态ARP表项不会被老化，也不会被动态ARP表项覆盖，可以保证网络通信的安全性。静态ARP表项可以限制本端设备和指定IP地址的对端设备通信时只使用指定的MAC地址，此时攻击报文无法修改本端设备的ARP表中IP地址和MAC地址的映射关系，从而保护了本端设备和对端设备间的正常通信。一般在网关设备上配置静态ARP表项。

静态ARP表项分为短静态ARP表项和长静态ARP表项。

• 短静态ARP表项：手工建立IP地址和MAC地址之间固定的映射关系，未同时指定VLAN和出接口。

  如果出接口是处于二层模式的以太网接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发。当需要发送报文时，设备会先发送ARP请求报文，如果收到的ARP应答报文中的源IP地址和源MAC地址与所配置的IP地址和MAC地址相同，则将收到ARP应答报文的VLAN和接口加入该静态ARP表项中，后续设备可直接用该静态ARP表项转发报文。

• 长静态ARP表项：手工建立IP地址和MAC地址之间固定的映射关系，并同时指定该ARP表项所在VLAN和出口。

  长静态ARP表项可以直接用于报文转发。建议用户采用长静态ARP表项。

4.3 免费ARP/无故ARP（Gratuitous ARP）

设备主动使用自己的IP地址作为目的IP地址发送ARP请求，此种方式称免费ARP。

作用：

• IP地址冲突检测

  当设备接口的协议状态变为Up时，设备主动对外发送免费ARP报文。正常情况下不会收到ARP应答，如果收到，则表明本网络中存在与自身IP地址重复的地址。如果检测到IP地址冲突，设备会周期性的广播发送免费ARP应答报文，直到冲突解除。

• 用于通告一个新的MAC地址

  发送方更换了网卡，MAC地址变化了，为了能够在动态ARP表项老化前通告网络中其他设备，发送方可以发送一个免费ARP。

• 网关利用免费ARP防止ARP攻击
  有些网关设备在一定的时间间隔内向网络主动发送免费ARP报文，让网络内的其他主机更新ARP表项中的网关MAC地址信息，以达到防止或缓解ARP攻击的效果。

• 利用免费ARP进行ARP攻击
  ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答，计算机只要接收到ARP应答数据包，就会使用应答中的IP和MAC地址对本地的ARP缓存进行更新。

  主机可以构造虚假的免费ARP应答，将ARP的源MAC地址设为错误的MAC地址，并把这个虚假的免费ARP应答发送到网络中，那么所有接收到这个免费ARP应答的主机都会更新本地ARP表中相应IP地址对应的MAC地址。更新成功后，这些主机的数据报文就会被转发到错误的MAC地址，从而实现了ARP欺骗的攻击。

4.4 代理ARP

代理ARP就是通过使用一个主机(通常为router)，来作为指定的设备使用自己的 MAC 地址来对另一设备的ARP请求作出应答。

为什么需要代理ARP？

先要了解，路由器的重要功能之一就是把局域网的广播包限制在该网内，阻止其扩散，否则会造成网络风暴。

ARP请求是个广播包，它询问的对象如果在同一个局域网内，就会收到应答。但是如果询问的对象不在同一个局域网该如何处理？路由器就提供了代理ARP为这个问题提供了解决方案。

工作流程：

两台主机A和B处于同一网段但不同的广播段（不在同一物理网络上）时，主机A发送ARP请求主机B的MAC地址时，因为路由器不转发广播包的原因，ARP请求只能到达路由器。如果路由器启用了代理ARP功能，并知道主机B属于它连接的网络，那么路由器就用自己接口的MAC地址代替主机B的MAC地址来对主机A进行ARP应答。主机A接收ARP应答，但并不知道代理ARP的存在。

代理ARP的优缺点：

• 优点：

  代理ARP能在不影响路由表的情况下添加一个新的Router，使子网对该主机变得透明化。一般代理ARP应该使用在主机没有配置默认网关或没有任何路由策略的网络上。

• 缺点：

  从工作流程可以看到，这其实是一种ARP欺骗。而且，通过两个物理网络之间的路由器的代理ARP功能其实互相隐藏了物理网络，这导致无法对网络拓扑进行网络概括。此外，代理ARP增加了使用它的那段网络的ARP流量，主机需要更大的ARP缓存空间，也不会为不使用ARP进行地址解析的网络工作。