网络安全基础之ARP攻击和防御

  信息安全

前言

在看这篇文章之前，请大家先看下交换机的工作原理，不知大家有没有想过数据链路层中头部协议数据帧的目的MAC地址是如何获取的呢？这就是今天的主角ARP协议，通过广播来获取IP地址对应的MAC地址。

问：广播有很多种，交换机可以广播，ARP协议可以广播，IP地址可以广播等等，有啥区别吗？
答：交换机广播和ARP协议广播比较容易混淆，因为都是交换机上发生的事情，下面我们来看下这部分，IP地址广播请看路由部分博客

交换机广播

上图会在下面阐述ARP原理和攻击的时候同样用到 ，结合上图我们来看下交换机广播的场合：

现做出如下假设：三个小圆圈表示局域网内的三台网络设备，IP地址分别为10.0.0.1、10.0.0.2、10.0.0.3；MAC地址分别为AA、BB、CC（简写，实际MAC长度为6个字节）。长方形表示AA设备向CC设备通信时准备发送的数据帧。

  1. 设备AA将数据发送到交换机1；
  2. 交换机解析数据帧，获取目标MAC，查询MAC地址表，但是MAC地址表中没有查到设备CC的MAC地址和交换机接口的关系，这个时候交换机为了知道谁的MAC是CC，则需要广播，即交换机向每个端口都发送一份数据帧；
  3. MAC地址不是CC的设备会忽略收到的数据帧，而MAC为CC的设备会接受数据帧，进行下一步处理。

总结：交换机只在MAC地址表没有目标MAC的时候才会广播。

问：一开始长方形中的CC设备的MAC地址是怎么知道的呢？
答：这就是接下来要讲的ARP协议的工作

ARP协议

还是以上图交换机的原理图为例，来分析下ARP协议的原理，现在做出假设长方形中的CC设备MAC地址AA设备一开始不知道，来分析下获取CC设备MAC地址的流程：

  1. 数据帧中一开始因为不知道CC设备的MAC地址，这个时候需要将目标MAC地址填充为FF－FF－FF－FF－FF－FF
  2. 假设工作在局域网，交换机解析数据帧，获取到目标MAC地址为FF－FF－FF－FF－FF－FF，交换机会自动广播，将数据帧发送给局域网内的每台设备
  3. 局域网内的所有设备解析数据帧，获取到MAC地址为FF－FF－FF－FF－FF－FF，即便不是自己的MAC地址所有设备也会解析数据帧。目标IP是自己的设备，则会封装数据帧返回给发送者，并告知发送方自己的MAC地址；如果目标IP不是自己，则相应的设备会丢弃数据帧
  4. 收到CC设备的MAC后，AA设备会缓存到ARP缓存表。原因是为了避免下次发送数据给CC设备的时候，还要再次使用ARP协议去获取MAC地址

总结ARP协议原理：
1、发送ARP广播请求，请求内容为我是xxx，我的MAC是xxx,IP是xxx的MAC是多少？
2、接受ARP单播应答

问：ARP缓存表怎么看？
答：arp /help可以查看ARP相关的信息，arp /a可以查看本台计算机的arp表数据，如下图所示：

ARP攻击

还是以上图交换机的原理图为例，来分析下ARP协议的攻击，现在假设长方形中的CC设备的MAC地址AA设备一开始不知道，并假设BB为攻击设备：

  1. 数据帧中因为不知道CC设备的MAC地址，这个时候需要将目标MAC地址填充为FF－FF－FF－FF－FF－FF
  2. 假设工作在局域网，交换机解析数据帧，获取到目标MAC地址为FF－FF－FF－FF－FF－FF，交换机会自动广播，将数据发送给局域网内的每台设备
  3. 局域网内的所有设备解析数据帧，获取到MAC地址为FF－FF－FF－FF－FF－FF，即便不是自己的MAC地址所有设备也会解析数据帧。目标IP是自己的设备，则会封装数据帧返回给发送者，并告知发送方自己的MAC地址；如果目标IP不是自己，则相应的设备会丢弃数据帧。但是这个时候BB为攻击设备，即便数据帧中目标IP不是自己，它会伪造自己的MAC地址，然后冒充CC设备做出ARP响应
  4. AA设备这时候会收到2个ARP响应信息，如果CC设备的ARP响应先到AA设备，BB设备后伪造的ARP响应会覆盖CC设备的ARP响应。那么此时AA设备将无法与CC设备通信，因为AA设备的ARP表中与CC设备IP对应关系的MAC是BB设备的MAC，IP与MAC不匹配是无法通信的。
问：如果上述流程中BB设备的ARP响应的信息先到AA设备，那么AA就可以与CC设备通信了吗？
答：BB设备可以连续构造ARP响应，只要AA设备再次发送ARP数据帧，BB设备也是可以攻击AA设备通信的

问：AA虽然无法与CC设备通信，但CC设备可以与AA正常通信吗？
答：可以的，因为CC设备没有遭到攻击，CC设备ARP表里存储的IP和MAC地址的关系是正确的

问：ARP攻击是必须通过单播响应才能出发吗？
答：广播也可以触发ARP攻击，而且范围更广。如果BB设备一直发送ARP广播，冒充自己是网关（即构造自己是网关的ARP响应），那么局域网内的所有设备（除了攻击者）的ARP表里网关的IP地址和MAC地址关系都将不正确，造成的影响是断网。

ARP欺骗

这次以ARP攻击的例子为前提，来分析下ARP协议的欺骗，我们对上述流程中第三步做如下改变：
1、局域网内的所有设备解析数据帧，获取到MAC地址为FF－FF－FF－FF－FF－FF，即便不是自己的MAC地址所有设备也会解析数据帧。目标IP是自己的设备，则会封装数据帧返回给发送者，并告知发送方自己的MAC地址；如果目标IP不是自己，则相应的设备会丢弃数据帧。但是这个时候BB为攻击设备，即便数据帧中目标IP不是自己，BB却还是用自己网卡真实的MAC地址，做出ARP响应。
2、然后BB在与CC正常通信，这个时候BB起到中间转发的作用，但是AA能与CC正常通信。BB设备可以实现监听、窃取、篡改、控制流量等目的，但不中断AA设备和CC设备通信

问：啥时候是ARP攻击，啥时候是ARP欺骗？
答：攻击者提供虚假报文的MAC就是ARP攻击，攻击者提供自己真实的MAC就是ARP欺骗

ARP防御

１、静态ARP绑定
ARP表的静态数据优先级高于动态数据，因此我们直接在ARP表内绑定IP和MAC的关系不会被动态ARP响应覆盖。还是以上图交换机的原理图为例,比如AA设备手动绑定网关的IP地址和MAC地址，那么AA设备即便遭到ARP攻击，也不会出现断网的情况。虽然会收到冒充自己是网关的ARP攻击响应，但是会置之不理。同样AA设备和CC设备互相通信，双方互相绑定了AA和CC设备的IP和MAC地址，这时候BB设备即使想进行ARP欺骗，也无法实现。

问：静态ARP绑定怎么感觉有点不方便呢？
答：为了防止遭到ARP攻击，需要收集所有要进行通信的设备IP和MAC，然后添加到自己的ARP表里面，更要命的是ARP表是存放在内存中，机器重启后需要重新输入所有设备的IP和MAC地址关系，相当麻烦。

2、硬件级ARP防御
上述静态ARP绑定的方式工作量太大，要想从根本上解决ARP攻击，还需要从交换机上下手。交换机原本工作在二层，只能识别数据帧，但是为了解决dhcp攻击和ARP攻击等，企业级交换机增加了解析其它上层协议的功能【当然相应的价格就贵了】。解决ARP攻击的方案是在交换机上绑定每个端口的IP（配合DHCP服务器）和MAC地址的关系。

  1. 第一次BB设备与交换机通信，交换机记录下BB设备的端口IP和MAC地址关系；
  2. 当BB设备攻击，冒充自己是CC的时候，假如想进行攻击，就需要伪造自己的MAC，那么交换机检测到MAC与原来的记录不一样就会进行拦截。假如想进行欺骗，势必需要冒充CC的IP才行，这时候交换机检测到IP与原来记录的IP不一样同样会把攻击拦截了。