解決局域網(wǎng)中IP盜用問題的三種技術(shù)手段

奧黛兒

局域網(wǎng)上若有兩臺主機(jī)IP地址相同，則兩臺主機(jī)相互報警，造成應(yīng)用混亂。因此，IP地址盜用成了網(wǎng)管員最頭疼的問題。當(dāng)幾百臺、甚至上千臺主機(jī)同時上網(wǎng)，如何控制IP地址盜用？

　　引入問題

　　對于集團(tuán)用戶而言，多數(shù)都用專線方式接入互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)管理部門在規(guī)劃的網(wǎng)段中，為注冊用戶分配并制定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)IP地址資源，以保證通信數(shù)據(jù)的正常傳輸。這里，靜態(tài)的IP地址是必不可少的配置項(xiàng)目之一，它享有“網(wǎng)絡(luò)通信身份證”的特權(quán)。網(wǎng)絡(luò)管理員在配置IP地址資源時，對其正確性有特殊的要求，表現(xiàn)在下面兩個方面：分配的地址應(yīng)在規(guī)劃的子網(wǎng)網(wǎng)段范圍內(nèi)；分配的IP地址對任何聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)必須是惟一的，即無二義性。

　　在實(shí)際中，網(wǎng)絡(luò)管理員為入網(wǎng)用戶分配和提供的IP地址，只有通過客戶進(jìn)行正確地注冊后才有效。 這為終端用戶直接接觸IP地址提供了一條途徑。由于終端用戶的介入，入網(wǎng)用戶有可能自由修改IP地址。改動后的IP地址在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時可導(dǎo)致三種結(jié)果：1.非法的IP地址，自行修改的IP地址不在規(guī)劃的網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)呼叫中斷；2.重復(fù)的IP地址，與已經(jīng)分配且正在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的合法的IP地址發(fā)生資源沖突，無法鏈接；3.非法占用已分配的資源，盜用其它注冊用戶的合法IP地址（且注冊該IP地址的機(jī)器未通電運(yùn)行）聯(lián)網(wǎng)通訊。前兩種情況可被網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自行識別而屏蔽，導(dǎo)致運(yùn)行中斷，第三種情況操作系統(tǒng)則不能有效判別。如果系統(tǒng)管理員未采取防范措施，第三種情況將涉及到注冊用戶的合法權(quán)益，危害很大。

　　工作原理

　　TCP/IP協(xié)議模型由四層結(jié)構(gòu)組成。其中的網(wǎng)絡(luò)接口層位于網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間，由NIC和設(shè)備驅(qū)動程序組成。該層上的數(shù)據(jù)可以通過單一而特定的網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送和接受。這種單一性和特定性由NIC的物理地址MAC決定。每個Ethernet NIC廠家的MAC都必須嚴(yán)格遵守IEEE組織的規(guī)定，保證世界上任何NIC的MAC都是惟一而無二義性的。因此，MAC固化在每個NIC中，且只被授予訪問權(quán)限。

　　在Ethernet中，MAC地址存在于每個Ethernet包的頭部，Ethernet交換設(shè)備依據(jù)Ethernet包頭中的MAC源地址和MAC的目的地址實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的交換和傳輸。

　　網(wǎng)絡(luò)層在把高層協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換成Ethernet、FDDI、Token Ring等協(xié)議使用的地址時，需要將IP地址映射到物理接口，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通訊。為實(shí)現(xiàn)這種映射，TCP/IP協(xié)議族在網(wǎng)絡(luò)接口層中提供地址解析協(xié)議(ARP)，實(shí)現(xiàn)將IP地址轉(zhuǎn)換成硬件地址。在網(wǎng)絡(luò)通信時，提出硬件地址解析請求的機(jī)器會發(fā)送廣播報文給本網(wǎng)中其它聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器，其中與目標(biāo)IP地址匹配的機(jī)器，會響應(yīng)地址解析請求，將其硬件地址返回給源機(jī)器。而網(wǎng)絡(luò)中的其它機(jī)器則不響應(yīng)此請求，但它們監(jiān)聽這些請求數(shù)據(jù)包，并將源機(jī)器的IP地址及硬件地址記錄存入。值得注意的是：ARP的運(yùn)行機(jī)制具有動態(tài)的特點(diǎn)，當(dāng)IP地址和硬件地址隨時間的推移發(fā)生變化時，能及時地提供修正。

　　實(shí)際中，用戶因某種原因有改動客戶端的IP地址和更換網(wǎng)絡(luò)適配器的可能性。這種改動有時具有隨意性，尤其當(dāng)這種改動不在網(wǎng)絡(luò)管理員的監(jiān)控之內(nèi)時，將直接影響網(wǎng)絡(luò)IP地址的管理、通信流量的計算等網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境的安全運(yùn)行。為了有效地防止和杜絕這類問題的發(fā)生，保證IP地址的惟一性，網(wǎng)絡(luò)管理員必須建立規(guī)范的IP地址分配表、IP地址和硬件地址（MAC）登記表，并且做到完備備案。

　　解決途徑

　　可以通過下面三種方法制定相應(yīng)的IP地址管理措施和對策，來監(jiān)測和防止IP地址的隨意改動問題，提高網(wǎng)絡(luò)管理的科學(xué)性和安全性。

　　方法1：利用UNIX、Windows系統(tǒng)提供的ARP功能，定時收集信息，定向輸出存入數(shù)據(jù)庫或文檔文件，形成實(shí)時的IP地址與網(wǎng)卡硬件地址的對應(yīng)表。并結(jié)合編寫查詢程序?qū)崿F(xiàn)與歷史紀(jì)錄自動排查，確定問題的發(fā)生點(diǎn)及原因。

　　方法2：利用網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理功能，完善檢測手段，提高網(wǎng)絡(luò)故障的清查能力。目前有許多種網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)管理功能。如3Com SUPERSTACK II系列交換機(jī)，具備尋找IP地址設(shè)置沖突對應(yīng)交換機(jī)端口的功能，可以迅速準(zhǔn)確地定位和查找故障主機(jī)點(diǎn)。

　　方法3：根據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)Internet的IP地址管理是通過IP地址分配和路由器的配置來實(shí)現(xiàn)的原理，可以通過設(shè)置靜態(tài)路由表，完成IP地址和硬件地址的嚴(yán)格對應(yīng)，保證已分配IP地址的完全惟一性。

　　三種方法比較

　　方法1 無需借助額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，檢測結(jié)果需人工判讀，對非沖突、非分配IP地址的故障處理具有一定的滯后性。

　　方法2 監(jiān)測效果快速準(zhǔn)確。需要具有網(wǎng)絡(luò)管理功能的交換設(shè)備，交換機(jī)自動跟蹤IP沖突地址，監(jiān)測沖突需要人工完成。對非沖突、非分配IP地址的故障處理具有一定的滯后性。

　　方法3 對接入Internet的IP地址管理效果明顯。它能自動鎖定任何非法IP地址的路由出口，使之僅能訪問內(nèi)部IP地址，運(yùn)行于局域網(wǎng)內(nèi)，并對非沖突、非分配IP地址的故障處理具有實(shí)時性。它還有效制止了非法IP地址用戶的訪問空間，保證了注冊用戶的合法權(quán)益，也給系統(tǒng)維護(hù)提供了更多的便利。

奧黛兒

1 IP地址盜用方法分析
IP地址的盜用方法多種多樣，其常用方法主要有以下幾種：
1) 靜態(tài)修改IP地址
對于任何一個TCP/IP實(shí)現(xiàn)來說，IP地址都是其用戶配置的必選項(xiàng)。如果用戶在配置TCP/IP
或修改TCP/IP配置時，使用的不是授權(quán)機(jī)構(gòu)分配的IP地址，就形成了IP地址盜用。由于IP地
址是一個邏輯地址，是一個需要用戶設(shè)置的值，因此無法限制用戶對于IP地址的靜態(tài)修改，
除非使用DHCP服務(wù)器分配IP地址，但又會帶來其它管理問題。
2) 成對修改IP-MAC地址
對于靜態(tài)修改IP地址的問題，現(xiàn)在很多單位都采用靜態(tài)路由技術(shù)加以解決。針對靜態(tài)路由技
術(shù)，IP盜用技術(shù)又有了新的發(fā)展，即成對修改IP-MAC地址。MAC地址是設(shè)備的硬件地址，對
于我們常用的以太網(wǎng)來說，即俗稱的計算機(jī)網(wǎng)卡地址。每一個網(wǎng)卡的MAC地址在所有以太網(wǎng)
設(shè)備中必須是唯一的，它由IEEE分配，是固化在網(wǎng)卡上的，一般不能隨意改動。但是，現(xiàn)在
的一些兼容網(wǎng)卡，其MAC地址可以使用網(wǎng)卡配置程序進(jìn)行修改。如果將一臺計算機(jī)的IP地址和
MAC地址都改為另外一臺合法主機(jī)的IP地址和MAC地址，那靜態(tài)路由技術(shù)就無能為力了。
　　另外，對于那些MAC地址不能直接修改的網(wǎng)卡來說，用戶還可以采用軟件的辦法來修改MAC地址，
即通過修改底層網(wǎng)絡(luò)軟件達(dá)到欺騙上層網(wǎng)絡(luò)軟件的目的。
3) 動態(tài)修改IP地址
對于一些黑客高手來說，直接編寫程序在網(wǎng)絡(luò)上收發(fā)數(shù)據(jù)包，繞過上層網(wǎng)絡(luò)軟件，動態(tài)修改自
己的IP地址（或IP-MAC地址對），達(dá)到IP欺騙并不是一件很困難的事。

2 防范技術(shù)研究
針對IP盜用問題，網(wǎng)絡(luò)專家采用了各種防范技術(shù)，現(xiàn)在比較通常的防范技術(shù)主要是根據(jù)TCP/IP的層
次結(jié)構(gòu)，在不同的層次采用不同的方法來防止IP地址的盜用。

2.1 交換機(jī)控制
解決IP地址的最徹底的方法是使用交換機(jī)進(jìn)行控制，即在TCP/IP第二層進(jìn)行控制：使用交換機(jī)提供的
端口的單地址工作模式，即交換機(jī)的每一個端口只允許一臺主機(jī)通過該端口訪問網(wǎng)絡(luò)，任何其它地址
的主機(jī)的訪問被拒絕[1]。但此方案的最大缺點(diǎn)在于它需要網(wǎng)絡(luò)上全部采用交換機(jī)提供用戶接入，這
在交換機(jī)相對昂貴的今天不是一個能夠普遍采用的解決方案。

2.2 路由器隔離
采用路由器隔離的辦法其主要依據(jù)是MAC地址作為以太網(wǎng)卡地址全球唯一不能改變。其實(shí)現(xiàn)方法為通
過SNMP協(xié)議定期掃描校園網(wǎng)各路由器的ARP表，獲得當(dāng)前IP和MAC的對照關(guān)系，和事先合法的IP和
MAC地址比較，如不一致，則為非法訪問[2]。對于非法訪問，有幾種辦法可以制止，如：
使用正確的IP與MAC地址映射覆蓋非法的IP-MAC表項(xiàng)；
向非法訪問的主機(jī)發(fā)送ICMP不可達(dá)的欺騙包，干擾其數(shù)據(jù)發(fā)送；
修改路由器的存取控制列表，禁止非法訪問。
路由器隔離的另外一種實(shí)現(xiàn)方法是使用靜態(tài)ARP表，即路由器中IP與MAC地址的映射不通過ARP來獲得，而采用靜態(tài)設(shè)置。這樣，當(dāng)非法訪問的IP地址和MAC地址不一致時，路由器根據(jù)正確的靜態(tài)設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)的幀就不會到達(dá)非法主機(jī)。
路由器隔離技術(shù)能夠較好地解決IP地址的盜用問題，但是如果非法用戶針對其理論依據(jù)進(jìn)行破壞， 成對修改IP-MAC地址，對這樣的IP地址盜用它就無能為力了。

2.3 防火墻與代理服務(wù)器
使用防火墻與代理服務(wù)器相結(jié)合，也能較好地解決IP地址盜用問題：防火墻用來隔離內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，用戶訪問外部網(wǎng)絡(luò)通過代理服務(wù)器進(jìn)行[3]。使用這樣的辦法是將IP防盜放到應(yīng)用層來解決，變IP管理為用戶身份和口令的管理，因?yàn)橛脩魧τ诰W(wǎng)絡(luò)的使用歸根結(jié)底是要使用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。這樣實(shí)現(xiàn)的好處是，盜用IP地址只能在子網(wǎng)內(nèi)使用，失去盜用的意義；合法用戶可以選擇任意一臺IP主機(jī)使用， 通過代理服務(wù)器訪問外部網(wǎng)絡(luò)資源，而無權(quán)用戶即使盜用IP，也沒有身份和密碼，不能使用外部網(wǎng)絡(luò)。
使用防火墻和代理服務(wù)器的缺點(diǎn)也是明顯的，由于使用代理服務(wù)器訪問外部網(wǎng)絡(luò)對用戶不是透明的，增加了用戶操作的麻煩；另外，對于大數(shù)量的用戶群（如高校的學(xué)生）來說，用戶管理也是一個問題。

terry_yu

Very Good!