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使用ARP命令來綁定IP和MAC地址

發(fā)布時間: 2012/5/16 20:03:46

作為企業(yè)級的路由防火墻，ISA Server并沒有提供對于MAC地址的控制功能。不過，你可以使用Windows的命令ARP來實現(xiàn)IP地址和MAC地址的綁定。這篇文章介紹了Windows下ARP協(xié)議工作的原理，以及如何使用ARP命令來靜態(tài)綁定IP地址和MAC地址。

ISA Server中沒有提供對于MAC地址的控制功能，Why？這是因為MAC地址只能在本地網(wǎng)絡(luò)中使用，當數(shù)據(jù)包跨越路由器時，數(shù)據(jù)包中主機的源MAC地址就會被路由器的出站接口的MAC地址所代替，這個時候，使用MAC地址來進行控制就不適用了。所以只要是企業(yè)級的硬件或者軟件防火墻，都基本沒有提供對MAC地址的控制功能。
不過微軟也早就考慮到了這點，在Windows中，如果你安裝了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組件，那么你就可以執(zhí)行命令ARP。ARP命令的作用是查看本機的ARP緩存、靜態(tài)綁定IP地址和MAC地址和刪除靜態(tài)綁定項。其實綁定IP地址和MAC地址的本意是為了減少ARP廣播流量，只是可以利用這一功能來控制IP地址的使用。
在這里我還是先簡單的描述一下Windows下ARP協(xié)議的工作原理。ARP協(xié)議（Address Resolve Protocol，地址解析協(xié)議）工作在TCP/IP協(xié)議的第二層－數(shù)據(jù)鏈路層，用于將IP地址轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口的硬件地址（媒體訪問控制地址，即MAC地址）。
無論是任何高層協(xié)議的通訊，最終都將轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)鏈路層硬件地址的通訊。
每臺主機都具有一個用于緩存MAC地址的ARP緩存列表，你可以使用命令ARP -a或ARP -g來查看當前的ARP緩存列表。此ARP緩存列表是動態(tài)更新的，默認情況下，當其中的緩存項超過兩分鐘沒有活動時，此緩存項就會超時被刪除。你可以使用ARP -s來靜態(tài)綁定IP地址和MAC地址，不過在Windows server 2003和XP以前的Windows系統(tǒng)中，就算你設(shè)置了靜態(tài)MAC地址綁定項，同樣會通過接收其他主機的數(shù)據(jù)包而更新已經(jīng)綁定的項。
在Windows server 2003和XP中，靜態(tài)綁定的項不會被動態(tài)更新，直到TCP/IP協(xié)議終止為止，例如重啟計算機
。如果要創(chuàng)建永久的靜態(tài)MAC地址綁定項，你可以寫一個腳本文件來執(zhí)行ARP靜態(tài)綁定，然后使用計劃任務在啟動計算機時執(zhí)行該腳本即可。
例如A主機的IP地址為192.168.0.1，它現(xiàn)在需要與IP為192.168.0.8的主機（主機B）進行通訊，那么將進行以下動作：
A主機查詢自己的ARP緩存列表，如果發(fā)現(xiàn)具有對應于目的IP地址192.168.0.8的MAC地址項，則直接使用此MAC地址項構(gòu)造并發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，如果沒有發(fā)現(xiàn)對應的MAC地址項則繼續(xù)下一步；
A主機發(fā)出ARP解析請求廣播，目的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，請求IP為192.168.0.8的主機回復MAC地址；
B主機收到ARP解析請求廣播后，回復給A主機一個ARP應答數(shù)據(jù)包，其中包含自己的IP地址和MAC地址；
A接收到B主機的ARP回復后，將B主機的MAC地址放入自己的ARP緩存列表，然后使用B主機的MAC地址作為目的MAC地址，B主機的IP地址（192.168.0.8）作為目的IP地址，構(gòu)造并發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包；
如果A主機還要發(fā)送數(shù)據(jù)包給192.168.0.8，由于在ARP緩存列表中已經(jīng)具有IP地址192.168.0.8的MAC地址，所以A主機直接使用此MAC地址發(fā)送數(shù)據(jù)包，而不再發(fā)送ARP解析請求廣播；當此緩存地址項超過兩分鐘沒有活動（沒有使用）后，此ARP緩存將超時被刪除。
默認情況下ARP緩存的超時時限是兩分鐘，你可以在注冊表中進行修改。可以修改的鍵值有兩個，都位于
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters
修改的鍵值：
鍵值1：ArpCacheLife，類型為Dword，單位為秒，默認值為120
鍵值2：ArpCacheMinReferencedLife，類型為Dword，單位為秒，默認值為600
注意：這些鍵值默認是不存在的，如果你想修改，必須自行創(chuàng)建；
修改后重啟計算機后生效
。
如果ArpCacheLife的值比ArpCacheMinReferencedLife的值大，那么ARP緩存的超時時間設(shè)置為ArpCacheLife的值；如果ArpCacheLife的值不存在或者比ArpCacheMinReferencedLife的值小，那么對于未使用的ARP緩存，超時時間設(shè)置為120秒；對于正在使用的ARP緩存，超時時間則設(shè)置為ArpCacheMinReferencedLife的值。
下圖是我們的試驗網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，ISA Server作為一個邊緣防火墻，內(nèi)部局域網(wǎng)（192.168.0.0/24）通過ISA Server接入Internet。在這個試驗中，我將在ISA Server上綁定內(nèi)部客戶True的IP地址192.168.0.8和MAC地址，這樣，當True不在線時，另外一個內(nèi)部客戶Fake就算修改自己的IP地址為True的IP地址192.168.0.8，也不能通過ISA Server來上網(wǎng)。

各計算機的TCP/IP設(shè)置如下，本次試驗不涉及DNS解析，各服務器的DNS服務器設(shè)置為空，在試驗之前已經(jīng)確認了網(wǎng)絡(luò)連接工作正常：

ISA 2004 Firewall：

LAN Interface：
IP：192.168.0.1/24
DG：None
MAC：00:03:47:F4:FC:E7

True（將離線）：

IP：192.168.0.8/24
DG：192.168.0.1
MAC：00:0D:60:C3:05:34

Fake（將修改IP地址為192.168.0.8）：

IP：192.168.0.8/24
DG：192.168.0.1
MAC：00:06:D0:06:05:47

首先，我在ISA Server上使用ARP -S來綁定True的IP地址和MAC地址，運行命令：
ARP -s 192.168.0.8 00-0D-60-C3-05-34
然后執(zhí)行ARP -a來查看ARP緩存列表，結(jié)果如下圖所示。你可以看到在ARP緩存列表中IP地址192.168.0.8的類型為static，這表明它是靜態(tài)項。此時，我們在ISA Server上的綁定就成功了。

現(xiàn)在我們在客戶機Fake上，將自己的IP地址修改為192.168.0.8，然后Ping ISA Server：
C:\Documents and Settings\admin>ipconfig /all
Windows IP Configuration
Host Name . . . . . . . . . . . . : anonymous
Primary Dns Suffix . . . . . . . :
Node Type . . . . . . . . . . . . : Unknown
IP Routing Enabled. . . . . . . . : No
WINS Proxy Enabled. . . . . . . . : No
Ethernet adapter 本地連接:
Connection-specific DNS Suffix . :
Description . . . . . . . . . . . : Intel(R) PRO/100 VE Network Connection
Physical Address. . . . . . . . . : 00-06-D0-06-05-47
Dhcp Enabled. . . . . . . . . . . : No
IP Address. . . . . . . . . . . . : 192.168.0.8
Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.0.1
DNS Servers . . . . . . . . . . . : 192.168.0.1
C:\Documents and Settings\admin>ping 192.168.0.1 -n 2
Pinging 192.168.0.1 with 32 bytes of data:
Request timed out.
Request timed out.
Ping statistics for 192.168.0.1:
Packets: Sent = 2, Received = 0, Lost = 2 (100% loss),

Ping超時，Why？從Sniffer上捕獲的數(shù)據(jù)包可以更清楚的進行說明：
下圖是捕獲的數(shù)據(jù)包，它描述了Fake（192.168.0.8） Ping 192.168.0.1的全部過程：
由于Fake（00:06:D0:06:05:47）沒有192.168.0.1的MAC地址，所以Fake發(fā)送ARP地址解析請求廣播，詢問192.168.0.1的MAC地址是什么；
ISA Server（00:03:47:F4:FC:E7）使用ARP應答回復Fake（00:06:D0:06:05:47），告訴Fake自己的IP地址（192.168.0.1）和MAC地址；
獲得192.168.0.1的MAC地址后，F(xiàn)ake（192.168.0.8）向192.168.0.1發(fā)送PING請求數(shù)據(jù)包；
192.168.0.1向192.168.0.8回復PING回復數(shù)據(jù)包；
Fake（192.168.0.8）再次向192.168.0.1發(fā)送PING請求數(shù)據(jù)包；
192.168.0.1再次向192.168.0.8回復PING回復數(shù)據(jù)包；
這一切看起來沒有任何問題？那為什么Fake的Ping會超時呢？
這一切從表明上看是沒有任何問題，但是仔細看捕獲的數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)頭部，你就會發(fā)現(xiàn)問題所在：
首先，我們看第三個數(shù)據(jù)包，F(xiàn)ake（192.168.0.8）向192.168.0.1發(fā)送的Ping請求，如下圖所示，F(xiàn)ake以自己的MAC地址為源MAC地址、192.168.0.1的MAC地址（00:03:47:F4:FC:E7）為目的MAC地址發(fā)送數(shù)據(jù)包，這沒有任何問題。

那么看看第四個ISA Server回復的Ping回復數(shù)據(jù)包呢，源MAC地址是ISA Server的MAC地址（00:03:47:F4:FC:E7），這也沒有問題，但是注意看目的MAC地址，00:0D:60:C3:05:34是離線的客戶機True的MAC地址。還記得我們在ISA Server上做的IP地址（192.168.0.8）和MAC地址綁定嗎？
ISA Server直接使用自己ARP緩存中的靜態(tài)綁定項來發(fā)送數(shù)據(jù)，而不是使用收到的Ping請求數(shù)據(jù)包中的源MAC地址來作為目的地址。
因此，F(xiàn)ake認為此數(shù)據(jù)包不是發(fā)給自己的，不會處理此數(shù)據(jù)包，所以認為沒有Ping回復數(shù)據(jù)包，自然就是超時了。

最后說一下，
我不推薦大家使用靜態(tài)IP地址和MAC地址的綁定，這會帶來更多的管理負荷。你可以利用ISA Server強大的身份驗證功能，結(jié)合IP地址來進行管理，這樣具有更好的效果。也請不要在論壇問我ARP命令是如何使用的，Windows的幫助是最好的老師。
本文出自：億恩科技【mszdt.com】

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