ARP工作原理及解析

一、ARP包格式分析

工作原理：

在网络 通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址，而数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数 据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用。源主机发出ARP请求，询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到本地网段（以太网帧首部的硬件地址填 FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播），目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机， 将自己的硬件地址填写在应答包中。

每台主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间（一般为20分钟），如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址。试想一下如果没有缓存，我们每发一个IP包都要发个广播查询地址，岂不是又浪费带宽又浪费资源？而且我们的网络设备是无法识别ARP包的真伪的，如果我们按照ARP的格式来发送数据包，只要信息有效计算机就会根据包中的内容做相应的反应.

ARP数据报格式

注意到 源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要 的。硬件类型指链路层网络类型，1为以太网，协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址，后面两个地址长度对于以太网地址和IP地址分别为6和 4（字节），op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。

以太网首部:

字段                   长度(Byte)          默认值                 备注
接收方MAC       6                                                    广播时,为 ff-ff-ff-ff-ff-ff
发送方MAC       6        
Ethertype           2                                                   0x0806       0x0806是ARP帧的类型值

ARP包:

字段                     长度(Byte)         默认值              备注
硬件类型              2                       0x1             以太网类型值
上层协议类型       2                       0x0800          上层协议为IP协议
MAC地址长度      1                       0x6             以太网MAC地址长度为 6
IP地址长度          1                       0x4             IP地址长度为 4
操作码                 2                                        0x1表示ARP请求包,0x2表示应答包
发送方MAC          6        
发送方IP              4        
接收方MAC          6        
接收方IP              4        
填充数据              18                            因为物理帧最小长度为64字节,前面的42字节再加上4个CRC校验字节,还差18个字节

二、 实例解析   

本机IP：192.168.0.1 (c0 a8 00 01)
本机MAC：00-50-56-c0-00-01

目标IP：192.168.0.2 (c0 a8 00 02)
目标MAC：00-0c-29-0b-42-7e

1、  Ping 目标主机192.168.0.2时，本机发送的ARP数据包为
00000000 : ff ff ff ff ff ff 00 50 56 c0 00 01 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 01 00 50 56 c0 00 01 c0 a8 00 01
00000020 : 00 00 00 00 00 00 c0 a8 00 02

以太网数据包发送目的地：ff ff ff ff ff ff（全网）
以太网数据包发送源：00 50 56 c0 00 01（本机）
以太网数据包数据包内容类型：08 06（ARP数据包）
ARP数据包类型：00 01（Request）
数据内容：告诉IP为c0 a8 00 02的目标主机，本机的IP为c0 a8 00 01，MAC为
00 50 56 c0 00 01，请更新，并将你的MAC发送给我。

目标主机回应本机的ARP数据包为
00000000 : 00 50 56 c0 00 01 00 0c 29 0b 42 7e 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 02 00 0c 29 0b 42 7e c0 a8 00 02
00000020 : 00 50 56 c0 00 01 c0 a8 00 01

以太网数据包发送目的地：00 50 56 c0 00 01
以太网数据包发送源： 00 0c 29 0b 42 7e
以太网数据包数据包内容类型：08 06（ARP数据包）
ARP数据包类型：00 02（Reply）
数据内容：告诉MAC为    00 50 56 c0 00 01 的主机，你的IP和MAC我已经收到，我的MAC和IP为00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 02，请保存更新。



2、  修改系统IP时（未发生IP冲突的情况下），发送的ARP数据包为
00000000 : ff ff ff ff ff ff 00 0c 29 0b 42 7e 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 01 00 0c 29 0b 42 7e c0 a8 00 03
00000020 : 00 00 00 00 00 00 c0 a8 00 03

以太网数据包发送目的地：ff ff ff ff ff ff（全网）
以太网数据包发送源：00 0c 29 0b 42 7e（本机）
以太网数据包数据包内容类型：08 06（ARP数据包）
ARP数据包类型：00 01（Request）
数据内容：告诉IP为c0 a8 00 03的主机，本机的MAC和IP为00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 03。由于网络内没有c0 a8 00 03 主机，所以此数据包将不会有回应，此时，局域网交换机将会刷新缓存，使你的IP和MAC对应起来。

3、  修改系统IP时（发生IP冲突的情况下），发送的ARP数据包为
00000000 : ff ff ff ff ff ff 00 0c 29 0b 42 7e 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 01 00 0c 29 0b 42 7e c0 a8 00 01
00000020 : 00 00 00 00 00 00 c0 a8 00 01

以太网数据包发送目的地：ff ff ff ff ff ff（全网）
以太网数据包发送源：00 0c 29 0b 42 7e
以太网数据包数据包内容类型：08 06（ARP数据包）
ARP数据包类型：00 01（Request）
数据内容：告诉IP为c0 a8 00 01的主机，本机的MAC和IP为00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 01。由于网络内已经有c0 a8 00 01 主机，将会发生冲突。这时将收到ARP Reply数据包。

接收的ARP数据包为
00000000 : 00 0c 29 0b 42 7e 00 50 56 c0 00 01 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 02 00 50 56 c0 00 01 c0 a8 00 01
00000020 : 00 0c 29 0b 42 7e c0 a8 00 01

以太网数据包发送目的地：00 0c 29 0b 42 7e
以太网数据包发送源：00 50 56 c0 00 01
以太网数据包数据包内容类型：08 06（ARP数据包）
ARP数据包类型：00 02（Reply）
数据内容：告诉MAC为00 0c 29 0b 42 7e的主机，本机的MAC和IP为00 50 56 c0 00 01和 c0 a8 00 01。这时MAC 为42 7e c0 a8 00 01的主机收到这个包后，并知道他的IP与其它主机冲突了。

4、  伪造ARP数据包
向目标MAC发送伪造的ARP Reply，告知一个假的信息，达到欺骗的目的。
本机真实IP为：192.168.0.1(c0 a8 00 01)
本机真实MAC为：00-50-56-c0-00-01
伪造的MAC为：11-11-11-11-11-11

欺骗目标：
IP为：192.168.0.2(c0 a8 00 02)
MAC：00-0c-29-0b-42-7e

伪造的数据包如下：
Packet length： 60
00000000 : 00 0c 29 0b 42 7e 11 11 11 11 11 11 08 06 00 01
00000010 : 08 00 06 04 00 02 11 11 11 11 11 11 c0 a8 00 01
00000020 : 00 0c 29 0b 42 7e c0 a8 00 02（剩余部分用0填补）