核心网络协议数据包指南

第 4 章 地址解析协议 地址解析协议

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"世界总体上是一个丛林，而 Network+ 游戏贡献了许多动物"。

RFC 826

IPv4 网络的运行不仅需要在网络模型的不同层使用多种地址，还需要对这些地址进行解析。本章将介绍地址解析过程，举例说明现实世界中使用的信息传递方式，并深入分析与使用地址解析相关的潜在安全风险。

问题所在

绝大多数基于 IP 数据包的数据传输都以局域网为起点和终点。无论 IP 数据包是发送给同一局域网内的邻居，还是发送到世界的另一端，情况都是如此。第 3 章介绍了如何将 IP 数据包封装在局域网帧中，这些局域网帧对源节点和目的节点都使用第 2 层 MAC 地址。源 MAC 地址很容易确定。问题在于如何确定目的 MAC 地址。

在以太网作为局域网基础设施的情况下，在第 2 层使用发送者自己的 MAC 地址作为源，在第 3 层使用其 IP 地址作为源来构建帧。目的地 IP 地址（或至少名称）通常是已知的，因此只需确定目的地 MAC 地址。图 4-1是封装 ICMP 报文中显示的这些地址的数据包捕获回顾。

图 4-1. 寻址层

这是一个传输帧的示例，其中源 MAC 地址和目标 MAC 地址已事先确定。

技术

确定目标 MAC 地址的方法包括封闭式计算、表格查询和信息交换。描述以太网封装的 RFC 894 中列出了其中一些选项。

封闭式计算根据已知 IP 地址计算未知 MAC 地址。发送节点根据计算值在以太网帧中填写目标 MAC 地址。这种方法非常快捷，不需要外部资源或通信。它还允许对地址空间进行相当严格的控制。不过，它确实需要可配置的 MAC 地址和一定程度的管理，因为地址必须全部分配给不同的主机。

表查询可为每台主机提供 MAC 地址和相应 IP 地址的列表。这种方法也非常快捷，因为发送方只需在构建以太网帧之前查询表。不过，即使更换一块网卡，也必须更新所有表。

这些方法在速度上有优势，但管理监督繁重。必须对单个主机地址进行配置，并且必须将任何更改通知主机。因此，当今的网络（某些广域网连接除外）依赖于分布式方法或使用地址解析协议（或 ARP）的信息交换。与其他方法相比，信息交换确实会增加网络的额外流量，而且速度较慢。不过，它是完全自动化的，因此非常有吸引力。

协议说明

ARP 内置于每个节点的 IP 配置中。这意味着微软、Sun、谷歌以及开源社区的开发人员在开发操作系统时，都会将 ARP 的代码包含在内，以便在 IPv4 网络上运行。

ARP 的好处在于，对于基本操作而言，只定义了两个信息：ARP 请求和 ARP 回复。当主机必须找到目的地的 MAC 地址时，它将发送一个 ARP 请求，在此之前，节点会查阅其 ARP 表，并确定该地址实际上是未知的。

收到 ARP 请求信息后，目的地会发回一个 ARP 回复。基本上，ARP 请求会问："能给我你的 MAC 地址吗？"而回复会说："当然可以，就在这里。如果可以，主机绝不会拒绝。图 4-2显示了这种信息交换。

图 4-2. ...