一、什么是ARP协议？
1、ARP协议概述
ARP协议和ICMP协议是常用的TCP/IP底层协议。在对网络故障进行诊断的时候，它们也是最常用的协议。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一个位于TCP/IP协议栈中的低层协议，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址。
2、ARP工作原理
2.1 ARP工作过程
当一个基于TCP/IP的应用程序需要从一台主机发送数据给另一台主机时，它把信息分割并封装成包，附上目的主机的IP地址。然后，寻找IP地址到实际MAC地址的映射，这需要发送ARP广播消息。当ARP找到了目的主机MAC地址后，就可以形成待发送帧的完整以太网帧头。最后，协议栈将IP包封装到以太网帧中进行传送。
如图1所示，描述了ARP广播过程。
ARP协议和ICMP协议是常用的TCP/IP底层协议。在对网络故障进行诊断的时候，它们也是最常用的协议。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一个位于TCP/IP协议栈中的低层协议，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址。
2、ARP工作原理
2.1 ARP工作过程
当一个基于TCP/IP的应用程序需要从一台主机发送数据给另一台主机时，它把信息分割并封装成包，附上目的主机的IP地址。然后，寻找IP地址到实际MAC地址的映射，这需要发送ARP广播消息。当ARP找到了目的主机MAC地址后，就可以形成待发送帧的完整以太网帧头。最后，协议栈将IP包封装到以太网帧中进行传送。
如图1所示，描述了ARP广播过程。
图1 ARP广播
在图1中，当主机A要和主机B通信（如主机A Ping主机B）时。主机A会先检查其ARP缓存内是否有主机B的MAC地址。如果没有，主机A会发送一个ARP请求广播包，此包内包含着其欲与之通信的主机的IP地址，也就是主机B的IP地址。当主机B收到此广播后，会将自己的MAC地址利用ARP响应包传给主机A，并更新自己的ARP缓存，也就是同时将主机A的IP地址/MAC地址对保存起来，以供后面使用。主机A在得到主机B的MAC地址后，就可以与主机B通信了。同时，主机A也将主机B的IP地址/MAC地址对保存在自己的ARP缓存内。
2.2 ARP报文格式
ARP报文被封装在以太网帧头部中传输，如图2所示，是ARP请求协议报文头部格式。
图2 ARP请求协议报文头部格式
图2中×××的部分是以太网（这里是Ethernet II类型）的帧头部。其中，第一个字段是广播类型的MAC地址：0XFF-FF-FF-FF-FF-FF，其目标是网络上的所有主机。第二个字段是源MAC地址，即请求地址解析的主机MAC地址。第三个字段是协议类型，这里用0X0806代表封装的上层协议是ARP协议。
接下来是ARP协议报文部分。其中各个字段的含义如下：
硬件类型：表明ARP实现在何种类型的网络上。
协议类型：代表解析协议（上层协议）。这里，一般是0800，即IP。
硬件地址长度：MAC地址长度，此处为6个字节。
协议地址长度：IP地址长度，此处为4个字节。
操作类型：代表ARP数据包类型。0表示ARP请求数据包，1表示ARP应答数据包。
源MAC地址：发送端MAC地址。
源IP地址：代表发送端协议地址（IP地址）。
目标MAC地址：目的端MAC地址（待填充）。
目标IP地址：代表目的端协议地址（IP地址）。
ARP应答协议报文和ARP请求协议报文类似。不同的是，此时，以太网帧头部的目标MAC地址为发送ARP地址解析请求的主机的MAC地址，而源MAC地址为被解析的主机的MAC地址。同时，操作类型字段为1，表示ARP应答数据包，目标MAC地址字段被填充以目标MAC地址。
2.3 ARP缓冲区
为了节省ARP缓冲区内存，被解析过的ARP条目的寿命都是有限的。如果一段时间内该条目没有被参考过，则条目被自动删除。在工作站PC的Windows环境中，ARP条目的寿命是2分钟，在大部分Cisco交换机中，该值是5分钟。
在工作站PC的Windows环境中，可以使用命令arp -a查看当前的ARP缓存，如图3所示。而在路由器和交换机中可以命令show arp完成相同的功能，如图4所示。
图3 Windows环境下，命令arp -a的输出
图4 路由器中show arp命令的输出
注意：ARP不能通过IP路由器发送广播，所以不能用来确定远程网络设备的硬件地址。对于目标主机位于远程网络的情况，IP利用ARP确定默认网关（路由器）的硬件地址，并将数据包发到默认网关，由路由器按它自己的方式转发数据包。
3、反向ARP
反向ARP（Reverse ARP，RARP）用于把物理地址（MAC地址）转换到对应的 IP 地址。例如，在无盘工作站启动的时候，因为无法从自身的操作系统获得自己的IP地址配置信息。这时，无盘工作站可发送广播请求获得自己的IP地址信息，而RARP服务器则响应IP请求消息－为无盘工作站分配1个未用的IP地址（通过发送RARP应答包）。
反向ARP（RARP）在很大程度上已被BOOTP、DHCP所替代，后面这两种协议对RARP的改进是可以提供除了IP地址外的其它更多的信息，如默认网关、DNS服务器的IP地址等信息。
4、代理ARP
代理ARP（PROXY ARP）也被称作混杂ARP（Promiscuous ARP）（RFC 925、1027）一般被像路由器这样的设备使用--用来代替处于另一个网段的主机回答本网段主机的ARP请求。
下面是代理ARP的应用之一，如图5所示，主机PC1（192.168.20.66/24）需要向主机PC2（192.168.20.20/24）发送报文，因为主机PC1不知道子网的存在且和目标主机PC2在同一主网络网段，所以主机PC1将发送ARP请求广播报文请求192.168.20.20的MAC地址。这时，路由器将识别出报文的目标地址属于另一个子网（注意，路由器的接口IP地址配置的是28位的掩码），因此向请求主机回复自己的硬件地址（0004.dd9e.cca0）。之后，PC1将发往PC2的数据包都发往MAC地址0004.dd9e.cca0（路由器的接口E0/0），由路由器将数据包转发到目标主机PC2。（接下来路由器将为PC2做同样的代理发送数据包的工作）。这种ARP使得子网化网络拓扑对于主机来说时透明的（或者可以说是路由器以一个不真实的PC2的MAC地址欺骗了源主机PC1）。
图5 代理ARP
5、无故ARP
无故（Gratuitous ARP，GARP）ARP也称为无为ARP。主机有时会使用自己的IP地址作为目标地址发送ARP请求。这种ARP请求称为无故ARP，GARP，主要有两个用途：
（1）检查重复地址（如果收到ARP响应表明存在重复地址）。
（2）用于通告一个新的数据链路标识。当一个设备收到一个arp请求时，发现arp缓冲区中已有发送者的IP地址，则更新此IP地址的MAC地址条目。
如图6所示，显示了一台Cisco路由器在其加电启动后、引导过程中向网络宣布自己的一个以太网接口（Ethernet 0）的MAC地址以及IP地址的包。
图6 无故ARP
从图中可以看出，这个ARP包的类型编码是2，代表一个ARP应答消息（但是之前并没有对此IP的ARP请求消息）。这个ARP包的源硬件地址（MAC地址）是路由器的这个接口的MAC地址，目标硬件地址（MAC地址）使用的是广播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）；而源和目标协议地址（IP地址）都是此接口自身的IP地址。此ARP包用于设备（路由器）向网络宣告自身的IP地址和MAC地址映射，也用于检查是否有重复（冲突）的IP地址。
二、ARP攻击原理
转自：ARP协议及欺骗原理
1、 同一网段的ARP欺骗
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| 图2 同一网段的arp欺骗 |
如图2所示，三台主机
A: ip地址 192.168.0.1 硬件地址 AA:AA:AA:AA:AA:AA
B: ip地址 192.168.0.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB
C: ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC:CC
B: ip地址 192.168.0.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB
C: ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC:CC
一个位于主机B的入侵者想非法进入主机A，可是这台主机上安装有防火墙。通过收集资料他知道这台主机A的防火墙只对主机C有信任关系（开放23端口(telnet)）。而他必须要使用telnet来进入主机A，这个时候他应该如何处理呢？
我们这样考虑，入侵者必须让主机A相信主机B就是主机C，如果主机A和主机C之间的信任关系是建立在ip地址之上的。如果单单把主机B的ip地址改的和主机C的一样，那是不能工作的，至少不能可靠地工作。如果你告诉以太网卡设备驱动程序， 自己IP是192.168.0.3，那么这只是一种纯粹的竞争关系，并不能达到目标。我们可以先研究C这台机器如果我们能让这台机器暂时当掉，竞争关系就可以解除,这个还是有可能实现的。在机器C当掉的同时，将机器B的ip地址改为192.168.0.3,这样就可以成功的通过23端口telnet到机器A上面，而成功的绕过防火墙的限制。
上面的这种想法在下面的情况下是没有作用的，如果主机A和主机C之间的信任关系是建立在硬件地址的基础上。这个时候还需要用ARP欺骗的手段让主机A把自己的ARP缓存中的关于192.168.0.3映射的硬件地址改为主机B的硬件地址。
我们可以人为的制造一个arp_reply的响应包,发送给想要欺骗的主机,这是可以实现的,因为协议并没有规定必须在接收到arp_echo后才可以发送响应包.这样的工具很多,我们也可以直接用snifferpro抓一个arp响应包,然后进行修改。
你可以人为地制造这个包。可以指定ARP包中的源IP、目标IP、源MAC地址、目标MAC地址。
这样你就可以通过虚假的ARP响应包来修改主机A上的动态ARP缓存达到欺骗的目的。
下面是具体的步骤：
1.他先研究192.0.0.3这台主机，发现这台主机的漏洞。
2.根据发现的漏洞使主机C当掉，暂时停止工作。
3.这段时间里，入侵者把自己的ip改成192.0.0.3
4.他用工具发一个源ip地址为192.168.0.3源MAC地址为BB:BB:BB:BB:BB:BB的包给主机A，要求主机A更新自己的arp转换表。
5.主机更新了arp表中关于主机C的ip-->mac对应关系。
6.防火墙失效了，入侵的ip变成合法的mac地址，可以telnet 了。
上面就是一个ARP的欺骗过程，这是在同网段发生的情况，但是，提醒注意的是，在B和C处于不同网段的时候，上面的方法是不起作用的。
2、 不同网段的ARP欺骗
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| 图3 不同网段之间的ARP欺骗 |
如图3所示A、C位于同一网段而主机B位于另一网段，三台机器的ip地址和硬件地址如下：
A: ip地址 192.168.0.1 硬件地址 AA:AA:AA:AA:AA:AA
B: ip地址 192.168.1.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB
C: ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC:CC
B: ip地址 192.168.1.2 硬件地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB
C: ip地址 192.168.0.3 硬件地址 CC:CC:CC:CC:CC:CC
在现在的情况下，位于192.168.1网段的主机B如何冒充主机C欺骗主机A呢？显然用上面的办法的话，即使欺骗成功，那么由主机B和主机A之间也无法建立telnet会话，因为路由器不会把主机A发给主机B的包向外转发，路由器会发现地址在192.168.0.这个网段之内。
现在就涉及到另外一种欺骗方式―ICMP重定向。把ARP欺骗和ICMP重定向结合在一起就可以基本实现跨网段欺骗的目的。
什么是ICMP重定向呢？
ICMP重定向报文是ICMP控制报文中的一种。在特定的情况下，当路由器检测到一台机器使用非优化路由的时候，它会向该主机发送一个ICMP重定向报文，请求主机改变路由。路由器也会把初始数据报向它的目的地转发。
我们可以利用ICMP重定向报文达到欺骗的目的。
下面是结合ARP欺骗和ICMP重定向进行攻击的步骤：
1.为了使自己发出的非法ip包能在网络上能够存活长久一点，开始修改ip包的生存时间ttl为下面的过程中可能带来的问题做准备。把ttl改成255. (ttl定义一个ip包如果在网络上到不了主机后，在网络上能存活的时间，改长一点在本例中有利于做充足的广播)
2.下载一个可以自由制作各种包的工具（例如hping2）
3.然后和上面一样，寻找主机C的漏洞按照这个漏洞当掉主机C。
4.在该网络的主机找不到原来的192.0.0.3后，将更新自己的ARP对应表。于是他发送一个原ip地址为192.168.0.3硬件地址为BB:BB:BB:BB:BB:BB的ARP响应包。
5.好了，现在每台主机都知道了，一个新的MAC地址对应192.0.0.3,一个ARP欺骗完成了，但是，每台主机都只会在局域网中找这个地址而根本就不会把发送给192.0.0.3的ip包丢给路由。于是他还得构造一个ICMP的重定向广播。
6.自己定制一个ICMP重定向包告诉网络中的主机："到192.0.0.3的路由最短路径不是局域网，而是路由，请主机重定向你们的路由路径，把所有到192.0.0.3的ip包丢给路由。"
7.主机A接受这个合理的ICMP重定向，于是修改自己的路由路径，把对192.0.0.3的通讯都丢给路由器。
8.入侵者终于可以在路由外收到来自路由内的主机的ip包了，他可以开始telnet到主机的23口。
其实上面的想法只是一种理想话的情况，主机许可接收的ICMP重定向包其实有很多的限制条件，这些条件使ICMP重定向变的非常困难。
TCP/IP协议实现中关于主机接收ICMP重定向报文主要有下面几条限制：
1.新路由必须是直达的
2.重定向包必须来自去往目标的当前路由
3.重定向包不能通知主机用自己做路由
4.被改变的路由必须是一条间接路由
由于有这些限制，所以ICMP欺骗实际上很难实现。但是我们也可以主动的根据上面的思维寻找一些其他的方法。更为重要的是我们知道了这些欺骗方法的危害性，我们就可以采取相应的防御办法
三、ARP攻击解决方案：
1、清空ARP缓存：大家可能都曾经有过使用ARP的指令法解决过ARP欺骗问题，该方法是针对ARP欺骗原理进行解决的。一般来说ARP欺骗都是通过发送虚假的MAC地址与IP地址的对应ARP数据包来迷惑网络设备，用虚假的或错误的MAC地址与IP地址对应关系取代正确的对应关系。若是一些初级的ARP欺骗，可以通过ARP的指令来清空本机的ARP缓存对应关系，让网络设备从网络中重新获得正确的对应关系，具体解决过程如下：
第一步：通过点击桌面上任务栏的“开始”->“运行”，然后输入cmd后回车，进入cmd(黑色背景)命令行模式；
第二步：在命令行模式下输入arp -a命令来查看当前本机储存在本地系统ARP缓存中IP和MAC对应关系的信息；
第三步：使用arp -d命令，将储存在本机系统中的ARP缓存信息清空，这样错误的ARP缓存信息就被删除了，本机将重新从网络中获得正确的ARP信息，达到局域网机器间互访和正常上网的目的。如果是遇到使用ARP欺骗工具来进行攻击的情况，使用上述的方法完全可以解决。但如果是感染ARP欺骗病毒，病毒每隔一段时间自动发送ARP欺骗数据包，这时使用清空ARP缓存的方法将无能为力了。下面将接收另外一种，可以解决感染ARP欺骗病毒的方法。
2、指定ARP对应关系：其实该方法就是强制指定ARP对应关系。由于绝大部分ARP欺骗病毒都是针对网关MAC地址进行攻击的，使本机上ARP缓存中存储的网关设备的信息出现紊乱，这样当机器要上网发送数据包给网关时就会因为地址错误而失败，造成计算机无法上网。
第一步：我们假设网关地址的MAC信息为00-14-78-a7-77-5c，对应的IP地址为192.168.2.1。指定ARP对应关系就是指这些地址。在感染了病毒的机器上，点击桌面->任务栏的“开始”->“运行”，输入cmd后回车，进入cmd命令行模式；
第二步：使用arp -s命令来添加一条ARP地址对应关系， 例如arp -s 192.168.2.1 00-14-78-a7-77-5c命令。这样就将网关地址的IP与正确的MAC地址绑定好了，本机网络连接将恢复正常了；
第三步：因为每次重新启动计算机的时候，ARP缓存信息都会被全部清除。所以我们应该把这个ARP静态地址添加指令写到一个批处理文件（例如：bat）中，然后将这个文件放到系统的启动项中。当程序随系统的启动而加载的话，就可以免除因为ARP静态映射信息丢失的困扰了。
3、添加路由信息应对ARP欺骗：
一般的ARP欺骗都是针对网关的，那么我们是否可以通过给本机添加路由来解决此问题呢。只要添加了路由，那么上网时都通过此路由出去即可，自然也不会被ARP欺骗数据包干扰了。第一步：先通过点击桌面上任务栏的“开始”->“运行”，然后输入cmd后回车，进入cmd(黑色背景)命令行模式；
第二步：手动添加路由，详细的命令如下：删除默认的路由: route delete 0.0.0.0;添加路由:
route add -p 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 192.168.1.254 metric 1;确认修改:
route change此方法对网关固定的情况比较适合，如果将来更改了网关，那么就需要更改所有的客户端的路由配置了。
4、安装杀毒软件：
安装杀毒软件并及时升级，另外建议有条件的企业可以使用网络版的防病毒软件。
第一步：通过点击桌面上任务栏的“开始”->“运行”，然后输入cmd后回车，进入cmd(黑色背景)命令行模式；
第二步：在命令行模式下输入arp -a命令来查看当前本机储存在本地系统ARP缓存中IP和MAC对应关系的信息；
第三步：使用arp -d命令，将储存在本机系统中的ARP缓存信息清空，这样错误的ARP缓存信息就被删除了，本机将重新从网络中获得正确的ARP信息，达到局域网机器间互访和正常上网的目的。如果是遇到使用ARP欺骗工具来进行攻击的情况，使用上述的方法完全可以解决。但如果是感染ARP欺骗病毒，病毒每隔一段时间自动发送ARP欺骗数据包，这时使用清空ARP缓存的方法将无能为力了。下面将接收另外一种，可以解决感染ARP欺骗病毒的方法。
2、指定ARP对应关系：其实该方法就是强制指定ARP对应关系。由于绝大部分ARP欺骗病毒都是针对网关MAC地址进行攻击的，使本机上ARP缓存中存储的网关设备的信息出现紊乱，这样当机器要上网发送数据包给网关时就会因为地址错误而失败，造成计算机无法上网。
第一步：我们假设网关地址的MAC信息为00-14-78-a7-77-5c，对应的IP地址为192.168.2.1。指定ARP对应关系就是指这些地址。在感染了病毒的机器上，点击桌面->任务栏的“开始”->“运行”，输入cmd后回车，进入cmd命令行模式；
第二步：使用arp -s命令来添加一条ARP地址对应关系， 例如arp -s 192.168.2.1 00-14-78-a7-77-5c命令。这样就将网关地址的IP与正确的MAC地址绑定好了，本机网络连接将恢复正常了；
第三步：因为每次重新启动计算机的时候，ARP缓存信息都会被全部清除。所以我们应该把这个ARP静态地址添加指令写到一个批处理文件（例如：bat）中，然后将这个文件放到系统的启动项中。当程序随系统的启动而加载的话，就可以免除因为ARP静态映射信息丢失的困扰了。
3、添加路由信息应对ARP欺骗：
一般的ARP欺骗都是针对网关的，那么我们是否可以通过给本机添加路由来解决此问题呢。只要添加了路由，那么上网时都通过此路由出去即可，自然也不会被ARP欺骗数据包干扰了。第一步：先通过点击桌面上任务栏的“开始”->“运行”，然后输入cmd后回车，进入cmd(黑色背景)命令行模式；
第二步：手动添加路由，详细的命令如下：删除默认的路由: route delete 0.0.0.0;添加路由:
route add -p 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 192.168.1.254 metric 1;确认修改:
route change此方法对网关固定的情况比较适合，如果将来更改了网关，那么就需要更改所有的客户端的路由配置了。
4、安装杀毒软件：
安装杀毒软件并及时升级，另外建议有条件的企业可以使用网络版的防病毒软件。
