运用ARP命令来绑定IP与MAC地址

前言：我本来没有想过写关于ARP绑定的文章， 坦白的说一句， 在你理解ARP工作的原理时， 这其实比较简单。 只是看到最近论坛很多人在问关于绑定IP和MAC地址的问题，

　　所以才决定写这个文章， 希望能一劳永逸。

　　作为企业级的路由防火墙， ISA Server并没有提供对于MAC地址的控制功能。 不过， 你可以使用Windows的命令ARP来实现IP地址和MAC地址的绑定。 这篇文章介绍了Windows下ARP协议工作的原理， 以及如何使用ARP命令来静态绑定IP地址和MAC地址。

　　ISA Server中没有提供对于MAC地址的控制功能， Why?这是因为MAC地址只能在本地网络中使用， 当数据包跨越路由器时， 数据包中主机的源MAC地址就会被路由器的出站接口的MAC地址所代替， 这个时候， 使用MAC地址来进行控制就不适用了。 所以只要是企业级的硬件或者软件防火墙， 都基本没有提供对MAC地址的控制功能。

　　不过微软也早就考虑到了这点， 在Windows中， 如果你安装了TCP/IP网络协议组件， 那么你就可以执行命令ARP。 ARP命令的作用是查看本机的ARP缓存、静态绑定IP地址和MAC地址和删除静态绑定项。 其实绑定IP地址和MAC地址的本意是为了减少ARP广播流量， 只是可以利用这一功能来控制IP地址的使用。

　　在这里我还是先简单的描述一下Windows下ARP协议的工作原理。 ARP协议(Address Resolve Protocol， 地址解析协议)工作在TCP/IP协议的第二层-数据链路层， 用于将IP地址转换为网络接口的硬件地址(媒体访问控制地址， 即MAC地址)。

　　无论是任何高层协议的通讯， 最终都将转换为数据链路层硬件地址的通讯。

　　每台主机都具有一个用于缓存MAC地址的ARP缓存列表， 你可以使用命令ARP -a或ARP -g来查看当前的ARP缓存列表。 此ARP缓存列表是动态更新的， 默认情况下， 当其中的缓存项超过两分钟没有活动时， 此缓存项就会超时被删除。 你可以使用ARP -s来静态绑定IP地址和MAC地址， 不过在Windows server 2003和XP以前的Windows系统中， 就算你设置了静态MAC地址绑定项， 同样会通过接收其他主机的数据包而更新已经绑定的项。

　　在Windows server 2003和XP中， 静态绑定的项不会被动态更新， 直到TCP/IP协议终止为止， 例如重启计算机

　　。 如果要创建永久的静态MAC地址绑定项， 你可以写一个脚本文件来执行ARP静态绑定， 然后使用计划任务在启动计算机时执行该脚本即可。

　　例如A主机的IP地址为192.168.0.1， 它现在需要与IP为192.168.0.8的主机(主机B)进行通讯， 那么将进行以下动作：

　　A主机查询自己的ARP缓存列表， 如果发现具有对应于目的IP地址192.168.0.8的MAC地址项， 则直接使用此MAC地址项构造并发送以太网数据包， 如果没有发现对应的MAC地址项则继续下一步;

　　A主机发出ARP解析请求广播， 目的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF， 请求IP为192.168.0.8的主机回复MAC地址;

　　B主机收到ARP解析请求广播后， 回复给A主机一个ARP应答数据包， 其中包含自己的IP地址和MAC地址;

　　A接收到B主机的ARP回复后， 将B主机的MAC地址放入自己的ARP缓存列表， 然后使用B主机的MAC地址作为目的MAC地址， B主机的IP地址(192.168.0.8)作为目的IP地址， 构造并发送以太网数据包;

　　如果A主机还要发送数据包给192.168.0.8， 由于在ARP缓存列表中已经具有IP地址192.168.0.8的MAC地址， 所以A主机直接使用此MAC地址发送数据包， 而不再发送ARP解析请求广播;当此缓存地址项超过两分钟没有活动(没有使用)后， 此ARP缓存将超时被删除。

　　默认情况下ARP缓存的超时时限是两分钟， 你可以在注册表中进行修改。 可以修改的键值有两个， 都位于

　　HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

　　修改的键值：

　　键值1：ArpCacheLife， 类型为Dword， 单位为秒， 默认值为120

　　键值2：ArpCacheMinReferencedLife， 类型为Dword， 单位为秒， 默认值为600

　　注意：这些键值默认是不存在的， 如果你想修改， 必须自行创建;

　　修改后重启计算机后生效

　　。

　　如果ArpCacheLife的值比ArpCacheMinReferencedLife的值大， 那么ARP缓存的超时时间设置为ArpCacheLife的值;如果ArpCacheLife的值不存在或者比ArpCacheMinReferencedLife的值小， 那么对于未使用的ARP缓存， 超时时间设置为120秒;对于正在使用的ARP缓存， 超时时间则设置为ArpCacheMinReferencedLife的值。

　　下图是我们的试验网络结构， ISA Server作为一个边缘防火墙， 内部局域网(192.168.0.0/24)通过ISA Server接入Internet。 在这个试验中， 我将在ISA Server上绑定内部客户True的IP地址192.168.0.8和MAC地址， 这样， 当True不在线时， 另外一个内部客户Fake就算修改自己的IP地址为True的IP地址192.168.0.8， 也不能通过ISA Server来上网。

　　各计算机的TCP/IP设置如下， 本次试验不涉及DNS解析， 各服务器的DNS服务器设置为空， 在试验之前已经确认了网络连接工作正常：

　　ISA 2004 Firewall：

　　LAN Interface：

　　IP：192.168.0.1/24

　　DG：None

　　MAC：00:03:47:F4:FC:E7

　　True(将离线)：

　　IP：192.168.0.8/24

　　DG：192.168.0.1

　　MAC：00:0D:60:C3:05:34

　　Fake(将修改IP地址为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来绑定True的IP地址和MAC地址， 运行命令：

　　ARP -s 192.168.0.8 00-0D-60-C3-05-34

　　然后执行ARP -a来查看ARP缓存列表， 结果如下图所示。 你可以看到在ARP缓存列表中IP地址192.168.0.8的类型为static， 这表明它是静态项。 此时， 我们在ISA Server上的绑定就成功了。

　　现在我们在客户机Fake上， 将自己的IP地址修改为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 本地连接:

　　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超时， Why?从Sniffer上捕获的数据包可以更清楚的进行说明：

　　下图是捕获的数据包， 它描述了Fake(192.168.0.8) Ping 192.168.0.1的全部过程：

　　由于Fake(00:06:D0:06:05:47)没有192.168.0.1的MAC地址， 所以Fake发送ARP地址解析请求广播， 询问192.168.0.1的MAC地址是什么;

　　ISA Server(00:03:47:F4:FC:E7)使用ARP应答回复Fake(00:06:D0:06:05:47)， 告诉Fake自己的IP地址(192.168.0.1)和MAC地址;

　　获得192.168.0.1的MAC地址后， Fake(192.168.0.8)向192.168.0.1发送PING请求数据包;

　　192.168.0.1向192.168.0.8回复PING回复数据包;

　　Fake(192.168.0.8)再次向192.168.0.1发送PING请求数据包;

　　192.168.0.1再次向192.168.0.8回复PING回复数据包;

　　这一切看起来没有任何问题?那为什么Fake的Ping会超时呢?

　　这一切从表明上看是没有任何问题， 但是仔细看捕获的数据包的以太网头部， 你就会发现问题所在：

　　首先， 我们看第三个数据包， Fake(192.168.0.8)向192.168.0.1发送的Ping请求， 如下图所示， Fake以自己的MAC地址为源MAC地址、192.168.0.1的MAC地址(00:03:47:F4:FC:E7)为目的MAC地址发送数据包， 这没有任何问题。

　　那么看看第四个ISA Server回复的Ping回复数据包呢， 源MAC地址是ISA Server的MAC地址(00:03:47:F4:FC:E7)， 这也没有问题， 但是注意看目的MAC地址， 00:0D:60:C3:05:34是离线的客户机True的MAC地址。 还记得我们在ISA Server上做的IP地址(192.168.0.8)和MAC地址绑定吗?

　　ISA Server直接使用自己ARP缓存中的静态绑定项来发送数据， 而不是使用收到的Ping请求数据包中的源MAC地址来作为目的地址。

　　因此， Fake认为此数据包不是发给自己的， 不会处理此数据包， 所以认为没有Ping回复数据包， 自然就是超时了。

　　最后说一下，

　　我不推荐大家使用静态IP地址和MAC地址的绑定， 这会带来更多的管理负荷。 你可以利用ISA Server强大的身份验证功能， 结合IP地址来进行管理， 这样具有更好的效果。 也请不要在论坛问我ARP命令是如何使用的， Windows的帮助是最好的老师。