免费ARP应用探讨

原文发表于《网络安全和信息化》2017年第5期，转发于博客。

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在高职“信息安全管理与评估”技能大赛2016年的比赛试题中，有一道题目是要求在交换机上配置Gratuitous ARP（免费ARP），来抵御针对网关的ARP欺骗***。通常情况下，免费ARP主要用于检测IP地址冲突，囿于知识面，本人对免费ARP还可以防范ARP欺骗***这部分内容不甚了解，所以就查阅了相关资料，并搭建了实验环境进行验证，本文就将相关心得与大家分享和探讨。

1.    免费ARP的作用

ARP报文有两种类型：一种是由发送方发出的ARP Request广播报文，另一种是由接收方返回的ARP Reply单播报文。免费ARP（Gratuitous ARP）采用的是ARP Request广播报文，但它的目的并不是要解析某个IP地址所对应的MAC地址，在这种ARP报文中，目的IP地址和源IP地址都是同一个，也就是发出免费ARP报文的主机IP地址。如图1所示就是用Wireshark抓取的免费ARP报文内容。

图 1免费ARP报文内容

免费ARP的作用主要有两个：一是用于IP地址冲突检测，二是用于更新ARP地址缓存表中的原有记录。下面分别予以说明。

2.    IP地址冲突检测

免费ARP的主要作用就是用于判断当前主机所设置的IP地址是否已被别的主机所使用，当免费ARP报文以广播的方式发送到网络中之后，如果有某台主机使用了当前主机的IP地址，那么它就会发回一个ARP响应，这样当前主机就会发出IP地址冲突的警告，我们也可以得知冲突主机的MAC地址。

所以对于一台使用静态IP地址的主机，如果重新设置IP地址，那么就必然要先发送一个免费ARP的广播，这点可以通过Wireshark抓包确认，在Wireshark的显示过滤器中设置过滤条件为arp，抓取到的免费ARP报文如图2所示。

图 2免费ARP报文

3.    更新ARP地址缓存表中的原有记录

当某台主机的MAC地址发生变化时，即IP地址不变，MAC地址改变，比如主机更换了网卡，这时这台主机也会发送免费ARP广播。网络中所有ARP缓存表中具有所对应条目的主机（注意并非是所有主机），将会根据免费ARP报文来更新自己的缓存表。

这点可以通过实验验证，网络中有三台主机，A主机的IP地址为192.168.80.77，MAC为00:0C:29:81:BA:30，在B主机中与A主机通信，使得B主机的ARP地址缓存表中产生相应记录：

192.168.80.77          00-0C-29-81-BA-30     dynamic

然后在A主机上利用科来数据包生成器构造一个免费ARP报文，故意将源MAC地址修改为另一个不同的地址00:0C:29:81:BA:88，然后将报文以广播的形式发送出去，如图3所示。

图 3 构造的免费ARP报文

此时B主机的ARP缓存表将据此更新：

192.168.80.77          00-0C-29-81-BA-88     dynamic

而C主机由于一直没有与A主机通信，缓存表中没有相应条目，因而也就不会产生新的条目。其实这种设计的目的也很好理解，如果C主机要与A主机通信，那么它自然会通过正常的ARP请求解析出主机A目前的MAC地址，因而主机A也就没有必要利用免费ARP通知主机C来更新ARP地址缓存表。

4.    利用免费ARP来防范ARP***

在交换机上通过设置免费ARP来防御ARP***，应该是利用了免费ARP的第二点特性。一般情况下，交换机上VLAN的IP地址也就是该网段内主机的默认网关，因而交换机可以定期的在网络中广播免费ARP，使得网络中的所有主机都根据免费ARP来更新自己的ARP地址缓存表，将网关IP地址对应到正确的MAC地址，从而防止针对网关的ARP欺骗。

但是这种防御方式的思维很奇特，它并非要从根源上去阻止ARP欺骗***，而是通过免费ARP报文去跟ARP欺骗报文展开竞争，所有这种防御方式的效果如何就要打上个大大的问号了。在网上查找了一些相关资料，很少有提到用免费ARP去防范ARP***的，反倒是有不少资料提到如何利用免费ARP去进行ARP欺骗***，其实这倒是一种很好的思路。

整体来看，高职2016年度“信息安全管理与评估”技能大赛中的很多试题出的并不高明，本人也仅是从技术的角度提出一些个人的观点，希望能与大家共同探讨。当然单纯从参加比赛的角度，这道题目的答案是很简单的，只需要在比赛所使用的神州数码DCRS交换机上执行下面这两条命令，就可以在交换机上配置免费ARP：

DCRS_A(config)#interface vlan1

DCRS_A(config-if-vlan1)#ip gratuitous-arp

但是配置之后，不清楚交换机多长时间广播一次免费ARP，这点也没能在交换机的配置手册中查找到相关说明。