计算机网络协议分析 第四课 ARP

注：老师说明，本课基于计算机网络基本原理，在计算机网络中详细介绍过后的，这里将简单带过或不再提及

第3章 地址解析协议ARP

问：为何需要ARP?
答：作为链路层协议，它肩负着把目标IP地址转化为物理地址，为数据投递提供支撑的任务。

3.1 ARP工作原理

本网络中ARP的应用

1. 主机A要向主机B发送数据。首先A广播发送ARP请求分组，请求分组中包含主机A的IP、MAC地址，B的IP地址，此时目的MAC为ff:ff:ff:ff:ff:ff。
2. 主机X,Y收到请求分组后，因为不是目标主机，所以不会响应，但会把主机A的IP、MAC存入自己的ARP表中。主机B收到后，也会添加到ARP表中，同时将会向A发送ARP响应分组，其中包含主机A、B的IP、MAC。

跨网使用ARP

1. A发出ARP请求分组，其中包含A的IP、MAC，B、R1都收到了分组
2. R1发送ARP应答分组，A获得了R1 的MAC，同时R1的ARP缓存上记录了A的IP、MAC
3. A收到ARP应答分组，在自己的ARP缓存中记录了R1的F0/0接口的IP和MAC。发送IP包和帧头给R1，其中目的IP地址为C的IP，但目的MAC地址是F0/0的MAC。
4. R1向C的网络中发送ARP请求分组
5. C收到了ARP请求分组，在自己的ARP缓存中记录了接口F0/1的IP和MAC。并发出了ARP应答分组
6. R1收到了ARP应答分组，将C的IP和MAC记录在自己的ARP缓存中。然后将数据报转发给C。此时数据报的源IP地址是A的，但源MAC地址是F0/1

3.2 ARP分组

ARP分组

• ARP分组封装在以太网帧中
• 需要注意目的MAC在前，源MAC在后
• 类型中0x0806代表随后的数据字段是ARP报文，相对的0x0800h代表数据字段是IP数据报
• ARP请求分组（广播）的目的MAC为FF:FF:FF:FF:FF:FF,源MAC为：请求方MAC地址
• ARP应答分组（单播）的目的MAC为：请求方MAC地址，源MAC为：应答方MAC地址

ARP分组格式

• 物理网络类型：以太网，所以为1
• 协议类型：网络层的协议类型，IP协议为：0x0800
• 物理地址长度：6，协议地址长度：4，单位都是字节
• 操作码：1为ARP请求；2为ARP应答

要求：1. 能够通过各个部分看出目的地址，源地址，操作码，请求还是应答等数据
2. 能够通过图中数据反编出ARP应答分组的全部内容（答案放最后）

3.3 ARP欺骗

计算机网络基本原理中已经介绍较为详细，这里不做过多补充

问：如何使得A发送给B的数据，全部发送到C？
答：1. C发送一个伪造ARP请求（源IP是B的IP，但是源MAC是C的MAC）
2. A收到后更新自己的ARP缓存表

思考：如果B是A的网关，结果会如何？
答：A将不能正常上网，如果查出，可以通过清空ARP缓存表，再设置静态网关MAC。

3.4 免费ARP

• 免费ARP：向所在网络请求自己IP所对应的MAC地址
• 正常情况下，发送免费ARP请求不会收到ARP应答
• 免费ARP的作用：
  1. 判断其他设备的IP地址是否与本机IP地址冲突
     一般设备在网卡地址加载阶段都会想网络中发送免费的ARP报文，当我们想知道某些设备的接口地址但又没有相应的记录可查时，我们就可以利用免费ARP报文，分析出其接口使用的IP地址
  2. 更换网卡时更新MAC地址
  3. 可利用免费ARP进行ARP攻击
     在实际环境中，如果构造网关地址的免费ARP报文，并将ARP的源MAC地址设为任何非网关的MAC地址，再把构造的这个虚假网关免费ARP报文向网络中发送，那么所有接收到这个免费ARP报文的主机都会更新自己的ARP表中的网关地址对应的MAC地址，导致这些主机的数据报文全部会被转发到错误的MAC地址上，从而实现了ARP欺骗的攻击
  4. 网关设备利用免费ARP防止ARP攻击
     有些网关设备为了防止内部中毒机器对内部其他机器实施网关的ARP欺骗攻击，其会在一定的时间间隔内向网络汇总主动发送免费ARP报文，让网络中的主机更新ARP表中网关的MAC地址信息，从而达到防止或缓解ARP攻击的效果。

3.5 代理ARP

• 代理ARP：ARP请求从一个主机发往同一IP网段却不在同一物理网络上的另一台主机
• 问题一：主机A发送ARP请求，请求谁的MAC地址？
  答：主机B的MAC地址，因为主机A和主机B的IP地址为同一网段，但是收到的却是路由器的MAC，因为路由器不能转发广播包，于是用自己的MAC和B的IP来应答
• 问题二：主机B能否收到主机A的ARP请求报文?
  答：不能，因为二者处于不同广播域。

3.6 反向地址解析协议RARP

无盘计算机获取IP

• 计算机获取IP地址的两种方式：
  • 固定分配（硬盘）
  • 动态获取DHCP（内存）
• 无硬盘计算机启动时，用RARP向RARP服务器请求它的IP地址
• 无硬盘计算机必须和RARP服务器位于同一个局域网中
• 类似于DHCP，但DHCP拥有DHCP中继，所以DHCP的客户端和服务端不需要在同一个网络中

RARP工作原理

1. 无盘计算机广播发出RARP请求，其中源MAC是A的MAC，目的MAC为FF:FF:FF:FF:FF:FF,源IP地址和目的IP地址都是0
2. RARP收到A的请求报文，于是给A发应答报文，其中源MAC,IP是服务器的MAC,IP，目的IP,MAC是A的MAC,IP。于是A就可以得到自己的IP地址。

RARP分组

• 注意这里的类型为0x0835
• RARP请求分组（广播）：目的MAC：FF:FF:FF:FF:FF:FF；源MAC:请求方MAC地址
• RARP应答分组（单播）：目的MAC：请求方的MAC地址；源MAC：RARP服务器的MAC地址

RARP分组格式

类比上面ARP分组格式，不同点在于操作码

• 操作码：3为RARP请求；4为RARP应答
• 问：RARP请求分组的源IP和目的IP是什么？
• 答：都是0

ARP应答分组对应答案：

习题：注意题目有错，希望能自己找出错误在哪

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