ARP协议的缺陷及ARP欺骗的防范――兼谈ARPGuard的工作原理

ARP协议的缺陷及ARP欺骗的防范
――兼谈ARPGuard的工作原理
by wawahaha

一、ARP协议工作原理
 在TCP/IP协议中，每一个网络结点是用IP地址标识的，IP地址是一个逻辑地址。而在以太网中数据包是靠48位MAC地址（物理地址）寻址的。因此，必须建立IP地址与MAC地址之间的对应（映射）关系，ARP协议就是为完成这个工作而设计的。
 TCP/IP协议栈维护着一个ARP cache表，在构造网络数据包时，首先从ARP表中找目标IP对应的MAC地址，如果找不到，就发一个ARP request广播包，请求具有该IP地址的主机报告它的MAC地址，当收到目标IP所有者的ARP reply后，更新ARP cache。ARP cache有老化机制。
二、ARP协议的缺陷
 ARP协议是建立在信任局域网内所有结点的基础上的，它很高效，但却不安全。它是无状态的协议，不会检查自己是否发过请求包，也不管（其实也不知道）是否是合法的应答，只要收到目标MAC是自己的ARP reply包或arp广播包（包括ARP request和ARP reply），都会接受并缓存。这就为ARP欺骗提供了可能，恶意节点可以发布虚假的ARP报文从而影响网内结点的通信，甚至可以做“中间人”。
三、常见ARP欺骗形式
 1、假冒ARP reply包（单播）
 XXX,I have IP YYY and my MAC is ZZZ!
 2、假冒ARP reply包（广播）
   Hello everyone! I have IP YYY and my MAC is ZZZ!
   向所有人散布虚假的IP/MAC
 3、假冒ARP request（广播）
   I  have IP XXX and my MAC is YYY.
   Who has IP ZZZ? tell me please!
   表面为找IP ZZZ的MAC,实际是广播虚假的IP、MAC映射（XXX,YYY）
 4、假冒ARP request（单播）
   已知IP ZZZ的MAC
   Hello IP ZZZ! I have IP  XXX and my MAC is YYY.
 5、假冒中间人
   欺骗主机(MAC为MMM)上启用包转发  
   向主机AAA发假冒ARP Reply:
 AAA,I have IP BBB and my MAC is MMM,
      向主机BBB发假冒ARP Reply:
       BBB,I have IP AAA and my MAC is MMM
 由于ARP Cache的老化机制，有时还需要做周期性连续欺骗。 
四、ARP欺骗的防范
 1、运营商可采用Super VLAN或PVLAN技术
 所谓Super VLAN也叫VLAN聚合，这种技术在同一个子网中化出多个Sub VLAN，而将整个IP子网指定为一个VLAN聚合(Super VLAN)，所有的Sub VLAN都使用Super VLAN的默认网关IP地址，不同的Sub VLAN仍保留各自独立的广播域。子网中的所有主机只能与自己的默认网关通信。如果将交换机或IP DSLAM设备的每个端口化为一个Sub VLAN，则实现了所有端口的隔离，也就避免了ARP欺骗。Super VLAN的例子参见：
 http://publish.it168.com/2004/0316/200403160005101.shtml
 
 PVLAN即私有VLAN(Private VLAN) ，PVLAN采用两层VLAN隔离技术，只有上层VLAN全局可见，下层VLAN相互隔离。如果将交换机或IP DSLAM设备的每个端口化为一个（下层）VLAN，则实现了所有端口的隔离。
 PVLAN的例子参见：
 http://network.51cto.com/art/200509/3644.htm
 PVLAN和SuperVLAN技术都可以实现端口隔离，但实现方式、出发点不同。PVLAN是为了节省VLAN，而SuperVlan的初衷是节省IP地址。
 2、单位局域网可采用IP与MAC绑定
 在PC上IP+MAC绑，网络设备上IP+MAC+端口绑。但不幸的是Win 98/me、未打arp补丁的win 2000/xp sp1（现在大多都已经打过了）等系统 使用arp -s所设置的静态ARP项还是会被ARP欺骗所改变。
 如果网络设备上只做IP+MAC绑定，其实也是不安全的，假如同一二层下的某台机器发伪造的arp reply（源ip和源mac都填欲攻击的那台机子的）给网关，还是会造成网关把流量送到欺骗者所连的那个（物理）端口从而造成网络不通。
 对于采用了大量傻瓜交换机的局域网，用户自己可以采取支持arp过滤的防火墙等方法。推荐Look ‘n’Stop防火墙，支持arp协议规则自定义。
 最后就是使用ARPGuard啦（才拉到正题上），但它只是保护主机和网关间的通讯。
五、ARPGuard的原理
 ARPGuard可以保护主机和网关的通讯不受ARP欺骗的影响。
 1、第一次运行（或检测到网关IP改变）时获取网关对应的MAC地址，将网卡信息、网关IP、网关MAC等信息保存到配置文件中，其他时候直接使用配置文件。
 2、移去原默认路由（当前网卡的）
 3、产生一个随机IP，将它添加成默认网关。
 4、默认网关IP 和网关的MAC绑定（使用DeleteIpNetEntry和CreateIpNetEntry修改ARP Cache表项）
 5、周期性检测ARP Cache中原默认网关(不是随机IP那个) 网关的MAC在ARP Cache的值是否被改写，若被改写就报警。
 6、针对有些攻击程序只给网关设备（如路由器或三层交换机）发欺骗包的情况。由于此时本机ARP Cache中网关MAC并未被改变，因此只有主动防护，即默认每秒发10个ARP reply包来维持网关设备的ARP Cache（可选）
 7、程序结束时恢复默认网关和路由。
 
值得说明的是程序中限定了发包间隔不低于100ms,主要是怕过量的包对网络设备造成负担。如果你遭受的攻击太猛烈，你也可以去掉这个限制，设定一个更小的数值，保证你的通讯正常。

 

附ARPGuard 源码：http://allyesno.gbaopan.com/files/580c66c8b1fa438285f20a5c2d208b6e.gbp