ARP攻防技术白皮书

ARP防攻击技术白皮书

目录

目录 (3)

1技术概述 (5)

1.1ARP工作机制 (5)

1.2ARP攻击原理 (5)

1.2.1ARP攻击类型 (5)

1.2.2ARP欺骗 - 仿冒用户主机 (6)

1.2.3ARP欺骗 - 仿冒网关攻击 (7)

1.2.4ARP泛洪攻击 - 拒绝服务攻击 (8)

1.2.5ARP泛洪攻击 - 缓存溢出攻击 (9)

1.2.6ARP泛洪攻击 - 扫描攻击 (10)

1.3ARP攻击防范技术介绍 (11)

1.3.1防ARP地址欺骗 (11)

1.3.2防ARP网关冲突 (12)

1.3.3ARP严格学习 (12)

1.3.4动态ARP检测(DAI) (13)

1.3.5ARP报文速率限制 (14)

2ARP防攻击解决方案 (14)

2.1二层交换机防攻击方案 (14)

2.2三层网关防攻击方案 (15)

ARP防攻击技术白皮书

关键词：ARP，ARP欺骗，泛洪攻击

摘要：本文针对目前常见的ARP攻击，介绍了华为网络设备所能提供的防范ARP攻击的方法以及典型组网应用。

缩略语：

1技术概述

1.1ARP工作机制

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一个位于TCP/IP协议栈中的底层协议，对应于数据链路层，基本功能就是将网络层（IP层，也就是相当于OSI的第三层）地址解析为数据连接层（MAC层，也就是相当于OSI的第二层）的MAC地址，以保证通信的进行。

工作过程如下：

(1) 当网络节点需要解析一个IP 地址对应的MAC 地址时，会广播发送ARP 请求报文。

(2) 其他网络节点接收到ARP请求后，会进行ARP应答。同时，根据请求发送者的IP地址和 MAC地址的对应关系建立 ARP表项，以便后续查ARP表进行报文转发。

(3) 发起请求的网络节点接收到ARP应答后，同样会将ARP应答报文中发送者的IP 地址和MAC 地址的映射关系记录下来，生成ARP表项，以便后续查ARP表进行报文转发。

1.2ARP攻击原理

ARP工作机制可以看出，ARP协议简单易用，没有任何安全机制，攻击者可以发送伪造ARP 报文对网络进行攻击。

ARP攻击就是通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，攻击者只要持续不断的发出伪造的ARP响应包就能更改目标主机ARP表中的条目，造成网络中断或中间人攻击。同时，能够通过在网络中产生大量的ARP通信量，使网络阻塞。

1.2.1ARP攻击类型

常见的ARP攻击包括ARP欺骗、洪泛攻击。

ARP欺骗指攻击者通过发送伪造的ARP报文，恶意修改设备或网络内其他主机的ARP表项，造成用户或网络的报文转发异常。

ARP洪泛攻击也叫拒绝服务攻击，攻击者向设备发送大量虚假的ARP请求报文或免费ARP报文，造成设备上的ARP表项超过规格，表项溢出，无法缓存正常用户的ARP表项，或者ARP处理协议通道阻塞等，从而阻碍正常的报文转发。

综上所述，ARP攻击方式有如下 2大类 5小类：

?ARP欺骗

根据仿冒的网络节点的不同，又可以细分为

●仿冒用户主机

●仿冒网关

?ARP泛洪攻击

根据攻击目标的不同，又可以细分为

●拒绝服务攻击

●缓存溢出攻击

●扫描攻击

1.2.2ARP欺骗 - 仿冒用户主机

原理

一个典型的用户主机仿冒流程如下：

1.信息节点比如网关广播ARP请求，询问用户A的地址

2.用户A回应自己的地址

3.建立合法用户A的ARP表项

4.用户B发出仿冒的ARP回应，可以是自己的MAC地址，也可以是网络中其他用户地址甚至是不存在的地址

5. 合法的ARP表项被修改为仿冒的ARP表项

6. 给用户A的流量被转发到用户B，如果仿冒的是其他用户的地址，则流量被转发到其他用户，如果仿冒的是不存在的地址，则流量在网络中被阻断

危害

如果用户B仿冒时用的是自己的地址，当流量返回时，就可以从流量中获取信息，从而形成中间人攻击

如果用户B仿冒时用的是其他用户地址，当流量返回时，就可以对其他用户进行流量攻击如果用户B仿冒是用的是网络中不存在的地址，则流量被阻断

用户A的流量转发异常，要么被窃听而泄密，要么被阻断而业务中断。

1.2.3ARP欺骗 - 仿冒网关攻击

原理

一个典型的网关仿冒流程如下：

1.用户A广播ARP请求，询问网关的MAC地址

2.网关回应自己的MAC地址

3.用户A主机建立合法网关的ARP表项

4.用户B发出仿冒的网关ARP表项，可以是自己的MAC地址，也可以是网络中其他用户地址甚至是不存在的地址

5. 用户A主机合法网关的ARP表项被修改为仿冒的ARP表项

6. 用户A的流量转发到用户B，如果仿冒的是其他用户的地址，则流量被转发到其他用户，如果仿冒的是不存在的地址，则流量在网络中被阻断

危害

如果用户B仿冒时用的是自己的地址，则用户A所有信息都会转发给用户B，从而形成中间人攻击

如果用户B仿冒时用的是其他用户地址，就可以对其他用户进行流量攻击

如果用户B仿冒是用的是网络中不存在的地址，则流量被阻断

用户A的流量转发异常，要么被窃听而泄密，要么被阻断而业务中断。

1.2.4ARP泛洪攻击 - 拒绝服务攻击

原理

一个典型的拒绝服务流程如下：

1.用户B主动（黑客）或被动（中病毒、木马、恶意软件等）发送大量伪造的ARP 请求、应答报文或其他能够触发网络设备ARP 处理的报文，造成网络设备的计算资源长期忙于ARP 处理，影响其他业务的处理，从而阻碍正常的报文转发。

2.正常用户请求ARP或者其他业务报文被阻塞，从而导致业务中断

危害

网络设备业务处理能力下降甚至拒绝服务，导致网络中流量中断

1.2.5ARP泛洪攻击 - 缓存溢出攻击

原理

一个典型的缓存溢出流程如下：

1.用户B主动（黑客）或被动（中病毒、木马、恶意软件等）发送向网络设备发送大量虚假的ARP 请求报文和免费ARP报文，超出网络设备ARP表项存储规格，造成网络设备上ARP缓存表溢出，无法缓存正常的ARP 表项，从而阻碍正常的报文转发。

2.正常用户ARP表项被伪造ARP表项覆盖，从而导致业务流量中断

危害

网络设备业务处理能力下降甚至拒绝服务，导致网络中流量中断

1.2.6ARP泛洪攻击 - 扫描攻击

原理

一个典型的扫描攻击流程如下：

1.用户B主动（黑客）或被动（中病毒、木马、恶意软件等）扫描本网段或者跨网段主机时，网络设备在发送回应报文前，会查找ARP表项，如果目的IP 地址的MAC 地址不存在，那么必然会导致网络设备向上层软件发送消息，要求上层软件发送ARP 请求报文到其他网段以获得目的端的MAC 地址。大量的扫描报文会导致大量的消息，导致网络设备的资源浪费，影响对其他业务的处理，从而阻碍正常的报文转发。

2.正常用户请求ARP或者其他业务报文被阻塞，从而导致业务中断

危害

网络设备业务处理能力下降甚至拒绝服务，导致网络中流量中断

1.3ARP攻击防范技术介绍

1.3.1防ARP地址欺骗

特性简介

设备作为三层使用时，当用户发送ARP报文修改设备的ARP表项时，防地址欺骗可以通过

ARP报文和ARP表中的相关表项对比，对ARP表项的某些字段不允许修改的方式防止ARP欺骗。

实现方式

防地址欺骗有两种方式：1）主动确认方式进行ARP学习；2）锁定方式防表项更新，在第一次学习到ARP表后不允许再更新表项。

主动确认方式进行ARP学习

在第一次学习ARP时，当收到用户的更新ARP请求，暂时不更新本地的ARP表，先向用户发送一个ARP请求，如果用户回应该请求，则学习此用户的ARP，否则不学习该用户的ARP。

注：主动确认方式的ARP学习目前有一个缺陷，参见主动确认方式的ARP学习缺陷。

锁定方式防止ARP更新

当用户第一次学习到ARP后，锁定ARP表项的某些字段或全部字段，不允许更新ARP表项。包括两种锁定方式：1）fixed-mac方式，不允许更新MAC和IP，可以更新端口、VLAN等其他信息；2）fixed-all方式，全部不允许更新，包括ARP的老化时间都不允许更新。

1.3.2防ARP网关冲突

特性简介

当设备作为网关时，ARP网关冲突检查可以防止用户仿冒网关的IP，非法修改网关和网络内其他用户的ARP表项。

实现方式

当交换机使能防ARP网关冲突时，下发一条ACL规则将ARP报文全部上送，通过软件转发。

当CPU收到ARP报文时，比较此ARP报文的源IP是否和其所在的VLANIF的某个IP地址相同，如果相同，则为用户仿冒网关IP，丢弃此ARP报文，记录日志并发送告警。同时下发一个ACL，丢弃该用户的ARP报文，此ACL的有效时间为3分钟，3分钟后删除此ACL规则。

1.3.3ARP严格学习

特性简介

ARP表项严格学习用来防止恶意更改ARP表项。使能ARP严格学习功能后，使交换机只学习自己发送的ARP请求报文的应答报文。

实现方式

ARP严格学习是在设备发送ARP请求时，记录下当前发送的请求表项，称之为发送列表，当收到ARP回应报文时，比较此报文的源地址是否在发送列表中，如果在发送列表中，则更新ARP表项，否则不更新ARP表。另外，收到的ARP请求也免费ARP报文都不更新ARP表项。

注：该特性为VRP平台实现。

1.3.4动态ARP检测(DAI)

特性简介

Dynamic ARP Inspection(DAI)是通过DHCP SNOOPING表项，检查收到的ARP报文的合法性，如果ARP报文和DHCP SNOOPING绑定表的内容一致，则允许此用户的ARP报文通过，否则丢弃该ARP报文。

防止ARP中间人攻击，可以配置ARP报文检查功能，对接口或VLAN下收到的ARP报文和绑定表进行匹配检查，当报文的检查项和绑定表中的特征项一致时，转发该报文，否则丢弃报文。

同时可以配置告警功能，当丢弃的报文数超过限制的阈值时，发出告警信息。

实现方式

DAI是通过DHCP SNOOPING检查ARP报文的合法性，目前有两种实现方式：1）通过软件实现，框式交换机采取这种方式；2）通过芯片实现，盒式交换机采用这种方式。下面分别描述两种实现方式。

?软件方式DAI

软件方式DAI是将ARP报文通过软件转发，在转发过程中判断报文的合法性。

当VLAN使能DAI时，下发规则将该VLAN下的所有ARP报文上送到软件层面。在软件层，查找DHCP SNOOPING绑定表来检查ARP报文是否和绑定表匹配，主要检查ARP报文的源MAC、源IP、报文入端口、VLAN（可以包括内层VLAN和外层VLAN）是否和DHCP SNOOPING绑定表匹配，如果完全匹配，允许报文转发，否则丢弃该报文。匹配的选项可以配置。

?硬件方式DAI

硬件方式是通过芯片的ACL规则检查用户ARP报文的合法性，检查的内容和通过软件检查一致，也可配置。

当DHCP SNOOPING用户上线后，通知DAI模块。DAI模块将用户表项中的源MAC、源IP、VLAN 信息，加上匹配ARP协议，组装成一条ACL规则，下发到芯片中。

当ARP报文从某个端口进入芯片时，通过下发的ACL规则去匹配，如果匹配到，说明发送这个ARP报文的用户是合法的，允许该ARP报文转发，当下发的用户ARP ACL不能匹配时，该用户是非法的，通过匹配该端口下的默认ACL规则丢弃报文（该规则在端口使能DAI时下发，如果是基于VLAN的DAI，则在VLAN使能DAI是下发到VLAN上）。

1.3.5ARP报文速率限制

在城域以太网中，存在着很多针对ARP 表项的攻击，因此需要在网络的接入层或者汇聚层配置防止对ARP 表项的攻击，以保护网络的安全性。

?为防止大量的ARP 报文增加CPU 的负荷，以及占用大量的ARP 表项，可以配置ARP 报文速率抑制，将上送主控板处理的ARP 报文速率限制在一个合理的范围内。

?为防止主机发送大量目标IP 地址不能解析的IP 报文来攻击设备，可以配置ARPMiss 源抑制功能，对攻击者的报文进行丢弃处理。

?接口下使能ARP 报文检查功能后，经过接口的ARP 报文上送安全模块进行检查，为防止大量ARP 报文对安全模块的冲击，可以配置ARP 报文速率抑制，对超过速率限

制的报文做丢弃处理。

2ARP防攻击解决方案

2.1二层交换机防攻击方案

如上图所示，在二层交换机上，部署DAI，以保证整个网络的ARP安全，部署ARP限速，以保证设备自身的安全。

2.2三层网关防攻击方案

如上图所示，在三层交换机上，部署防ARP地址欺骗、放ARP网关冲突和ARP严格学习，保证网络中的ARP安全，部署ARP报文限速，保证设备本身的安全。