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打工人日报#20251026

news 2025/10/27 13:56:19

打工人日报#20251026

ARP协议介绍

地址解析协议（ARP，Address Resolution Protocol）是 TCP/IP 协议族中的一个重要协议，主要用于将网络层的 IP 地址解析为数据链路层的物理地址（通常是 MAC 地址），从而实现网络通信中从逻辑地址到物理地址的映射。

1. ARP 协议的作用

在网络通信中，IP 地址用于标识网络中的主机，但数据在物理网络中传输时，最终需要通过物理地址（如以太网中的 MAC 地址）来确定目标设备。ARP 协议的作用就是在已知目标设备 IP 地址的情况下，找到与之对应的 MAC 地址，确保数据能够准确地发送到目标设备。例如，当主机 A 要向主机 B 发送数据时，主机 A 首先检查自己的 ARP 缓存表。若缓存表中有主机 B 的 IP - MAC 映射关系，主机 A 就直接使用该 MAC 地址封装数据帧并发送；若没有，则通过 ARP 协议获取主机 B 的 MAC 地址。

2. ARP 工作流程

ARP 请求：当主机需要解析一个 IP 地址对应的 MAC 地址时，会构建一个 ARP 请求数据报。该数据报包含发送方的 IP 地址、MAC 地址以及目标 IP 地址（要解析的 IP 地址），目标 MAC 地址字段填全 0。然后，ARP 请求以广播的形式发送到局域网内的所有主机。在以太网中，广播帧的目的 MAC 地址为 FF:FF:FF:FF:FF:FF。网络中的所有主机都会收到这个 ARP 请求，但只有目标 IP 地址与请求中目标 IP 地址匹配的主机才会处理该请求。
ARP 响应：目标主机接收到 ARP 请求后，发现请求中的目标 IP 地址是自己的 IP 地址，就会构建一个 ARP 响应数据报。响应数据报包含发送方（即请求方）的 IP 地址、MAC 地址，以及自己的 IP 地址和 MAC 地址。然后，目标主机将这个 ARP 响应以单播的形式发送回请求方。请求方收到 ARP 响应后，将目标主机的 IP - MAC 映射关系添加到自己的 ARP 缓存表中，以便后续通信使用。

3. ARP 缓存表

概念：ARP 缓存表是主机内存中的一个表，用于存储 IP 地址与 MAC 地址的映射关系。每一个映射关系都有一个生存时间（TTL，Time - To - Live），超过这个时间，该映射关系将从缓存表中删除。这样可以确保缓存表中的信息始终保持最新。
作用：ARP 缓存表避免了主机每次通信都发送 ARP 请求，提高了网络通信效率。例如，主机 A 在获取到主机 B 的 IP - MAC 映射关系并存储在缓存表后，当再次向主机 B 发送数据时，直接从缓存表中获取主机 B 的 MAC 地址，无需再次发送 ARP 请求，减少了网络流量和通信延迟。

4. ARP 协议的报文格式

硬件类型（Hardware Type）：2 字节，标识网络接口硬件的类型。常见值为 1，表示以太网。
协议类型（Protocol Type）：2 字节，指定上层协议的类型，通常为 0x0800，表示 IP 协议。
硬件地址长度（Hardware Address Length）：1 字节，定义硬件地址（如 MAC 地址）的长度，对于以太网为 6 字节。
协议地址长度（Protocol Address Length）：1 字节，指定协议地址（如 IP 地址）的长度，对于 IPv4 为 4 字节。
操作码（Opcode）：2 字节，定义 ARP 数据报的操作类型。1 表示 ARP 请求，2 表示 ARP 响应。
发送方硬件地址（Sender Hardware Address）：可变，通常为 6 字节（以太网环境），即发送方的 MAC 地址。
发送方 IP 地址（Sender IP Address）：可变，通常为 4 字节（IPv4 环境），即发送方的 IP 地址。
目标硬件地址（Target Hardware Address）：可变，通常为 6 字节（以太网环境）。在 ARP 请求中填全 0，在 ARP 响应中为目标主机的 MAC 地址。
目标 IP 地址（Target IP Address）：可变，通常为 4 字节（IPv4 环境），在 ARP 请求中是要解析的目标 IP 地址，在 ARP 响应中与发送方 IP 地址相同。

5. ARP 协议的安全性问题

ARP 欺骗：攻击者通过伪造 ARP 响应，将目标主机的 IP 地址映射到自己的 MAC 地址，从而截获目标主机的网络流量。例如，攻击者向主机 A 发送伪造的 ARP 响应，使主机 A 认为攻击者的 MAC 地址就是网关的 MAC 地址。这样，主机 A 发送给网关的数据就会先发送到攻击者的主机，攻击者可以对数据进行窃取、篡改等操作，然后再转发给网关，实现中间人攻击。
防御措施：
静态 ARP 绑定：手动在主机或网络设备上设置固定的 IP - MAC 映射关系，避免 ARP 缓存表被动态更新，从而防止 ARP 欺骗。但这种方法在网络设备变动时需要手动重新配置，不太灵活。
ARP 防火墙：通过检测 ARP 请求和响应的合法性，阻止非法的 ARP 报文，防止 ARP 欺骗攻击。ARP 防火墙可以监测 ARP 报文的来源、IP 地址与 MAC 地址的匹配关系等，发现异常立即报警并阻止。

ARP数据报格式

在这里插入图片描述

1. 硬件类型（Hardware Type）

长度：2 字节
含义：此字段标识网络接口硬件的类型。常见的值为 1，表示以太网。不同的硬件类型对应不同的网络环境，例如，值为 6 表示 IEEE 802 网络，值为 15 表示帧中继网络。ARP 协议通过这个字段来识别发送方和接收方的网络接口类型，以便正确处理地址解析过程。

2. 协议类型（Protocol Type）

长度：2 字节
含义：指定上层协议的类型，通常为 0x0800，表示 IP 协议。这表明 ARP 用于解析 IP 地址到物理地址的映射关系。如果网络中使用其他网络层协议，如 IPX，这里会相应地设置为该协议对应的类型值。

3. 硬件地址长度（Hardware Address Length）

长度：1 字节
含义：定义了硬件地址（如 MAC 地址）的长度，对于以太网，此值为 6，因为以太网 MAC 地址长度是 6 字节。该字段使 ARP 能够适应不同硬件地址长度的网络，确保在解析地址时正确处理地址数据。

4. 协议地址长度（Protocol Address Length）

长度：1 字节
含义：指定了协议地址（如 IP 地址）的长度，对于 IPv4，此值为 4，因为 IPv4 地址长度是 4 字节。同样，这有助于 ARP 处理不同长度的协议地址。

5. 操作码（Opcode）

长度：2 字节
含义：该字段定义了 ARP 数据报的操作类型。常见的操作码有两种：
1 - ARP 请求：当主机需要解析一个 IP 地址对应的 MAC 地址时，会发送 ARP 请求，请求广播到局域网内的所有主机。
2 - ARP 响应：目标主机接收到 ARP 请求后，如果请求的 IP 地址是自己的，会发送 ARP 响应，将自己的 MAC 地址告知请求方。此外，还有其他较少使用的操作码，如 3 表示 RARP 请求（反向地址解析协议请求，用于将物理地址解析为 IP 地址），4 表示 RARP 响应。