淺析ARP攻擊原理及其防御

◆智陽光 胡曦明，2 馬 苗，2

（1.陜西師范大學計算機科學學院 陜西 710119；2.現代教學技術教育部重點實驗室 陜西 710119)

淺析ARP攻擊原理及其防御

◆智陽光1胡曦明1，2馬 苗1，2

（1.陜西師范大學計算機科學學院 陜西 710119；2.現代教學技術教育部重點實驗室 陜西 710119)

利用ARP協議的漏洞對網絡進行攻擊，是當前計算機網絡所面臨的的主要威脅之一。本文首先對ARP 協議進行了理論分析，探究了ARP協議的工作原理和存在的漏洞，并根據漏洞進行了ARP攻擊和防御的實驗，提出了ARP緩存清除，MAC地址靜態綁定、劃分VLAN等ARP攻擊防御的方法。研究結果可以用于局域網內的安全防御，同時整個實驗過程還可為高校計算機網絡安全教學提供教學實例。

ARP協議；ARP攻擊；漏洞；網絡安全；ARP防御

0 引言

隨著計算機技術和互聯網技術的不斷發展，人們的活動也越來越多的在網絡中進行，比如網絡購物、游戲、聊天通信等等。但是由于網絡的開放性和資源的共享性，隨之而來的網絡安全問題必然很多，比如最近引起人們廣泛關注的WannaCry勒索病毒就對人們的工作和學習生活造成很大的影響，而利用 ARP 協議的漏洞對網絡進行攻擊或欺騙更是長期存在的一大隱患。

1 ARP協議簡介

ARP（Address Resolution Protocol）是根據IP地址獲取MAC地址的一個TCP/IP協議，即動態的將IP地址解析為MAC地址的協議在實際進行通信時，IP數據包常通過以太網發送，但是以太網設備并不能識別IP地址，而是用MAC地址來確定目的地址，因此，需要在邏輯IP地址和MAC地址建立映射關系。地址解析協議為這兩種不同的地址提供映射。

ARP協議的工作原理：ARP之所以能高效運行，是因為每個主機和路由器上都有 ARP緩存表，工作時，主機會首先查看自己的 ARP表。如果找不到對應的表項，則會以廣播方式發送一個含有所希望的 IP地址的請求報文，局域網內所有主機都會收到該請求，但是只有一個IP地址和目的IP地址相同的主機會以單播方式將含有IP地址和MAC地址對的數據包作為應答。發送者將此地址映射緩存在ARP表中，下次請求時直接查詢ARP緩存表就可以得到目的MAC地址，以減少不必要的ARP廣播。

2 ARP協議的漏洞

ARP協議存在很多漏洞和不足，給計算機網絡造成很大的隱患。首先ARP協議是以廣播方式發送ARP請求的，只要是同一個網段內主機都可以收到，這就為攻擊者以可乘之機，攻擊者可以發送大量的 ARP請求包，阻塞正常網絡寬帶，使局域網中有限的網絡資源被無用的廣播信息所占用，造成網絡擁堵；其次ARP協議沒有安全認證機制，因為局域網內主機是建立在信任的基礎上的，所以只要主機接收到ARP應答包，都會緩存在ARP表中，這就為ARP欺騙提供了可能。攻擊者可以發送錯誤的IP地址和MAC地址的映射關系，下文的實驗就是根據此漏洞進行的。

3 ARP攻擊實驗模擬

3.1 實驗平臺

此實驗是在 Windows 10操作系統上進行的，首先安裝VMware Workstation Pro軟件，在軟件中構建三個虛擬機，并安裝Ubuntu系統，因為windows系統為了安全，很多功能默認關閉或者不能使用，所以在這里使用Linux系統進行實驗，實驗拓撲如圖1所示。

圖1 ARP攻擊實驗拓撲圖

3.2 實驗具體內容

（1）在Ubuntu系統下安裝wireshark，disniffer，driftnet，如圖2。

圖2 軟件安裝

（2）在各個系統終端輸入ifconfig，查看三臺Ubuntu主機的IP地址，MAC地址信息，整理如表1。

表1 IP/MAC地址表

（3）檢測三臺主機是否可以互通，用互相ping對方IP地址的方法，如圖3，可知三臺主機可以互相ping通。

圖3 PING對方IP地址

（4）查看ARP緩存表，輸入命令“ARP”即可，可以發現每個主機的ARP表在相互PING之后，都添加了其他主機的IP地址和MAC地址的映射關系[9]。為了防止新建立的地址映射影響到之后的攻擊實驗，將對應的記錄刪除，如圖4，主機A、B的IP地址和MAC地址的映射關系已經刪除。

圖4 ARP緩存表

（5）首先主機C去ping主機B，發現可以PING通。然后在攻擊主機A上輸入命令：arpspoof -i ens33 -t 192.168.48.138 192.168.48.137后，運行wireshark軟件，從捕獲到的ARP協議報文，從如圖5可以看出，主機A一直在發送欺騙報文，告訴主機C，主機B的MAC地址是00:0c:29:93:f2:e2，此時發現主機C和主機Ping不通了，查看ARP緩存，看出ARP緩存表里主機B的MAC地址由00:0c:29:f6:77:08變成00:0c:29:93:f2:e2了，說明攻擊成功。

圖5 捕獲到的ARP協議報文

（6）接下來在ARP攻擊的基礎上進行數據的嗅探。

①首先開啟攻擊主機A的IP轉發功能，如圖6：

圖6 開啟IP轉發功能

圖7 重定向流量

圖8 網關數據重定向

圖9 捕獲數據包

圖10 捕捉到的數據

4 ARP防御

4.1 ARP防御的三個控制點

Arp防御可以從，網關，接入設備，客戶端即用戶三個控制點來預防ARP攻擊，如圖11。

圖11 ARP防御控制點

4.2 ARP防御措施

眾說周知，ARP攻擊是網絡安全問題的一大隱患，當網絡遭受ARP攻擊時，局域網內所有主機出現時斷時續掉線、IP地址沖突等問題，對網絡的正常通訊造成了重大影響。對此，除了可以使用360殺毒.金山衛士，騰訊電腦管家等殺毒軟件這些常用且簡單的措施之外，還可以用以下措施：

（1）設置靜態 ARP 緩存，通過使用“arp -s”將IP 地址和 MAC 地址綁定。對此我們進行如下實驗：

①如圖12，主機在受到ARP攻擊后，通信中斷，網絡不可達。

圖12 主機受到攻擊后

圖13 攻擊前后的ARP緩存表

圖14 MAC地址靜態綁定后的ARP緩存

（2）在接入設備，如路由器，交換機等進行IP/MAC地址吧的雙向綁定。

（3）在局域網內劃分 VLAN，可以有效地控制廣播域的范圍，增強局域網的安全性和健壯性。當部分網絡受到攻擊時，可以將網絡攻擊限制在一個VLAN內，而不會使成整個局域網內所有主機都受到影響。

（4）安裝 AntiArpSniffer、ArpKill 等軟件，用來防止 ARP 攻擊。

①以AntiArpSniffer為例，開始進行ARP攻擊，攻擊主機A的MAC地址為：00:0c:29:93:f2:e2，如圖15。

圖15 ARP攻擊圖

圖16 Anti ARP Sniffer軟件截圖

（5）整個ARP攻擊與防御實驗完整清晰，且有趣味性，可以為高校計算機網絡安全教學提供教學實例。

5 總結與展望

由于 ARP協議是無連接，無狀態，無認證的協議，網絡上的黑客等不法分子很容易利用漏洞對局域網進行攻擊，對我們的學習和工作生活造成一定的影響。通過上文提到的防御措施可以最大程度降低 ARP攻擊的風險，但是不能從根本上解決問題，不能一勞永逸。但是隨著計算機技術的不斷發展，Internet研究人員提供了安全性更高的網絡層協議，IPV6就是其中之一，它取消使用 ARP協議，取而代之的是 NDP（Neighbor Discovery Protocol），即鄰居發現協議，增加了報文傳播范圍，增強了網絡安全性。隨著IPv6的不斷應用和普及，ARP攻擊的問題也將迎刃而解。

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中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（GK201503065），現代教學技術教育部重點實驗室開放課題資助項目（SYSK201501），陜西師范大學非師范拔尖創新人才培養計劃2017年度項目。