ARP工做原理及解析

1、ARP包格式分析

工做原理：

在網絡 通信時，源主機的應用程序知道目的主機的IP地址和端口號，殊不知道目的主機的硬件地址，而數據包首先是被網卡接收到再去處理上層協議的，若是接收到的數 據包的硬件地址與本機不符，則直接丟棄。所以在通信前必須得到目的主機的硬件地址。ARP協議就起到這個做用。源主機發出ARP請求，詢問「IP地址是192.168.0.1的主機的硬件地址是多少」，並將這個請求廣播到本地網段（以太網幀首部的硬件地址填 FF:FF:FF:FF:FF:FF表示廣播），目的主機接收到廣播的ARP請求，發現其中的IP地址與本機相符，則發送一個ARP應答數據包給源主機， 將本身的硬件地址填寫在應答包中。

每臺主機都維護一個ARP緩存表，能夠用arp -a命令查看。緩存表中的表項有過時時間（通常爲20分鐘），若是20分鐘內沒有再次使用某個表項，則該表項失效，下次還要發ARP請求來得到目的主機的硬件地址。試想一下若是沒有緩存，咱們每發一個IP包都要發個廣播查詢地址，豈不是又浪費帶寬又浪費資源？並且咱們的網絡設備是沒法識別ARP包的真僞的，若是咱們按照ARP的格式來發送數據包，只要信息有效計算機就會根據包中的內容作相應的反應.

ARP數據報格式

注意到 源MAC地址、目的MAC地址在以太網首部和ARP請求中各出現一次，對於鏈路層爲以太網的狀況是多餘的，但若是鏈路層是其它類型的網絡則有多是必要 的。硬件類型指鏈路層網絡類型，1爲以太網，協議類型指要轉換的地址類型，0x0800爲IP地址，後面兩個地址長度對於以太網地址和IP地址分別爲6和 4（字節），op字段爲1表示ARP請求，op字段爲2表示ARP應答。

以太網首部:

字段                   長度(Byte)          默認值                 備註
接收方MAC       6                                                    廣播時,爲 ff-ff-ff-ff-ff-ff
發送方MAC       6        
Ethertype           2                                                   0x0806       0x0806是ARP幀的類型值

ARP包:

字段                     長度(Byte)         默認值              備註
硬件類型              2                       0x1             以太網類型值
上層協議類型       2                       0x0800          上層協議爲IP協議
MAC地址長度      1                       0x6             以太網MAC地址長度爲 6
IP地址長度          1                       0x4             IP地址長度爲 4
操做碼                 2                                        0x1表示ARP請求包,0x2表示應答包
發送方MAC          6        
發送方IP              4        
接收方MAC          6        
接收方IP              4        
填充數據              18                            由於物理幀最小長度爲64字節,前面的42字節再加上4個CRC校驗字節,還差18個字節

二、 實例解析   

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

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

1、  Ping 目標主機192.168.0.2時，本機發送的ARP數據包爲
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

以太網數據包發送目的地：ff ff ff ff ff ff（全網）
以太網數據包發送源：00 50 56 c0 00 01（本機）
以太網數據包數據包內容類型：08 06（ARP數據包）
ARP數據包類型：00 01（Request）
數據內容：告訴IP爲c0 a8 00 02的目標主機，本機的IP爲c0 a8 00 01，MAC爲
00 50 56 c0 00 01，請更新，並將你的MAC發送給我。

目標主機迴應本機的ARP數據包爲
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

以太網數據包發送目的地：00 50 56 c0 00 01
以太網數據包發送源： 00 0c 29 0b 42 7e
以太網數據包數據包內容類型：08 06（ARP數據包）
ARP數據包類型：00 02（Reply）
數據內容：告訴MAC爲    00 50 56 c0 00 01 的主機，你的IP和MAC我已經收到，個人MAC和IP爲00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 02，請保存更新。



2、  修改系統IP時（未發生IP衝突的狀況下），發送的ARP數據包爲
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

以太網數據包發送目的地：ff ff ff ff ff ff（全網）
以太網數據包發送源：00 0c 29 0b 42 7e（本機）
以太網數據包數據包內容類型：08 06（ARP數據包）
ARP數據包類型：00 01（Request）
數據內容：告訴IP爲c0 a8 00 03的主機，本機的MAC和IP爲00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 03。因爲網絡內沒有c0 a8 00 03 主機，因此此數據包將不會有迴應，此時，局域網交換機將會刷新緩存，使你的IP和MAC對應起來。

3、  修改系統IP時（發生IP衝突的狀況下），發送的ARP數據包爲
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

以太網數據包發送目的地：ff ff ff ff ff ff（全網）
以太網數據包發送源：00 0c 29 0b 42 7e
以太網數據包數據包內容類型：08 06（ARP數據包）
ARP數據包類型：00 01（Request）
數據內容：告訴IP爲c0 a8 00 01的主機，本機的MAC和IP爲00 0c 29 0b 42 7e 和c0 a8 00 01。因爲網絡內已經有c0 a8 00 01 主機，將會發生衝突。這時將收到ARP Reply數據包。

接收的ARP數據包爲
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

以太網數據包發送目的地：00 0c 29 0b 42 7e
以太網數據包發送源：00 50 56 c0 00 01
以太網數據包數據包內容類型：08 06（ARP數據包）
ARP數據包類型：00 02（Reply）
數據內容：告訴MAC爲00 0c 29 0b 42 7e的主機，本機的MAC和IP爲00 50 56 c0 00 01和 c0 a8 00 01。這時MAC 爲42 7e c0 a8 00 01的主機收到這個包後，並知道他的IP與其它主機衝突了。

4、  僞造ARP數據包
向目標MAC發送僞造的ARP Reply，告知一個假的信息，達到欺騙的目的。
本機真實IP爲：192.168.0.1(c0 a8 00 01)
本機真實MAC爲：00-50-56-c0-00-01
僞造的MAC爲：11-11-11-11-11-11

欺騙目標：
IP爲：192.168.0.2(c0 a8 00 02)
MAC：00-0c-29-0b-42-7e

僞造的數據包以下：
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（剩餘部分用0填補）