CN101741702B - 实现arp请求广播限制的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现ARP广播限制的方法和装置，该方法包括：(a)网络设备根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息，创建并维护IP地址和桥端口映射表，所述IP地址和桥端口映射表包括若干条映射表记录；(b)网络设备提取ARP请求，根据所述ARP请求中的目的IP地址查询所述映射表并获取对应的桥端口；(c)网络设备将所述ARP请求单播到所述桥端口。本发明方法和装置可以实现ARP请求的单播，有效防止黑客攻击。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及地址解析协议(ARP)广播限制的方法和装置。
背景技术
随着宽带接入技术和宽带业务的迅猛发展，网络安全越来越得到关注。但目前网络中存在各种各样的病毒和黑客攻击。IP地址欺诈是一种最为常见的一个黑客攻击手段。如黑客机A冒充主机B的IP主动向主机C请求通讯。黑客A也可以冒充主机B被动响应主机C的通讯请求。基于TCP/IP(传输控制协议和网际协议)的网络通信技术中，ARP的主要目的就是实现地址解析，即获得IP地址到MAC(媒体访问控制)地址的对应关系。其请求报文是在二层VLAN域中广播的。这给IP地址欺诈的黑客攻击提供了便捷的途径。
ARP请求或应答分组的格式如图1。黑客机很容易就可以获取目的主机的IP地址，并可以冒充目的主机应答请求方。黑客机获得了ARP请求中的发送方IP和目的IP，也可以对其进行主动攻击。所以IP地址也成为网络中保护的对像。
在目前宽带接入网络中，接入方式主要有3种：固定IP，DHCP(动态主机分配协议)，PPPoE(基于以太网的点对点协议)。而DHCP和PPPoE都是动态分配IP地址的接入方式。随着网络技术的发展，宽带用户成指数级增长。这样IP地址相对宽带用户而言，变得越来越少了。所以在目前的宽带接入中，动态分配IP地址的接入方式被普遍地运用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现ARP请求广播限制的方法和装置，以实现ARP请求的单播，有效防止黑客攻击。
为了解决上述问题，本发明提供了一种实现ARP广播限制的方法，该方法包括：
(a)网络设备根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息，创建并维护IP地址和桥端口映射表，所述IP地址和桥端口映射表包括若干条映射表记录；
(b)网络设备提取ARP请求，根据所述ARP请求中的目的IP地址查询所述映射表并获取对应的桥端口；
(c)网络设备将所述ARP请求单播到所述桥端口。
进一步地，每条映射表记录包括用户的MAC地址、虚拟局域网标识、请求转发序号、用户IP地址及桥端口。
进一步地，步骤(a)中，所述的动态IP地址分配相关报文指DHCP报文或PPPoE报文，对于DHCP方式，若动态IP地址分配相关报文是DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文，则建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录；若动态IP地址分配相关报文是RELEASE、DECLINE或NACKIP报文，则删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
进一步地，所述IP地址和桥端口映射表的每条映射表记录包括租约期和时间戳，步骤(a)中所述维护指网络设备还定时循环检测每条映射表记录，如果租约期等于零且当前时间和时间戳之差大于T，或，租约期不等于零但当前时间和时间戳之差是否大于租约期，则删除此条记录，所述T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
进一步地，循环检测映射表记录的过程中，如果检测记录条数大于设定的老化次数，则等待下一个检测周期。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种实现ARP广播限制的装置，该装置包括接收解析模块、映射表维护模块、映射表查询模块、及转发模块，其中，
接收解析模块，用于接收并解析ARP请求，获取目的IP地址；
映射表维护模块，用于根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息创建、存储及维护IP地址和桥端口映射表，所述IP地址和桥端口映射表包括若干条映射表记录；
映射表查询模块，用于根据接收解析模块获取的目的IP地址查询映射表获取桥端口；
转发模块，用于将接收解析模块接收的ARP请求单播到获取的桥端口。
进一步地，所述接收解析模块还用于接收并解析动态IP地址分配相关报文；所述转化模块还用于转发所述动态IP地址分配相关报文；所述映射表维护模块是根据动态IP地址分配相关报文的解析结果创建、存储及维护IP地址和桥端口的映射表的。
进一步地，所述的动态IP地址分配相关报文指DHCP报文或PPPoE报文，对于DHCP方式，所述映射表维护模块是这样维护映射表的：若动态IP地址分配相关报文是DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文，则建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录；若动态IP地址分配相关报文是RELEASE、DECLINE或NACKIP报文，则删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
进一步地，所述IP地址和桥端口映射表的每条映射表记录包括租约期和时间戳，所述映射表维护模块，还用于定时循环检测每条映射表记录，实现老化机制：如果租约期等于零且当前时间和时间戳之差大于T，或，租约期不等于零但当前时间和时间戳之差是否大于租约期，则删除此条记录，所述T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
进一步地，循环检测映射表记录的过程中，如果检测记录条数大于设定的老化次数，则等待下一个检测周期。
相较于现有技术，本发明方法和装置基于动态分配IP地址的技术，通过创建、维护及查询IP地址和桥端口映射表来实现ARP请求的单播，将ARP请求直接发送给目的IP的主机，而不在VLAN域中进行广播，从而有效防止黑客攻击。
附图说明
图1是以太网ARP请求或应答分组格式示意图。
图2是本发明实现ARP广播限制的方法示意图。
图3是本发明中IP地址和桥端口的映射表建立及维护过程示意图。
图4是本发明中的IP地址和桥端口的映射表老化处理示意图。
图5是本发明中ARP请求报文处理流程图。
图6是DHCP请求和应答格式示意图。
具体实施方式
本发明方法和装置在基于动态分配IP地址技术的基础上，实现ARP广播限制，将ARP请求直接发送给目的IP的主机，而不在VLAN域中进行广播。
如图2所示，本发明实现ARP广播限制的方法包括以下步骤：
步骤201、网络设备监听动态IP地址分配会话，根据动态IP地址分配的相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息，创建并维护IP地址和桥端口的映射表；
步骤202、网络设备提取ARP请求，根据ARP请求中的目的IP地址查询该映射表并获取对应的桥端口；
步骤203、网络设备将ARP请求单播到该桥端口，不再在所属VLAN中广播。
以下以DHCP接入方式为例进行说明，在DHCP接入方式的宽带网络中，网络设备通过监听动态IP地址分配的会话，建立一张IP地址和桥端口的映射表的过程。IP地址和桥端口的映射表包括若干条映射表记录，每条映射表记录包括用户的MAC地址(以太网源地址，chaddr)、VLANID(VID，虚拟局域网标识)、事务标示xid(Transaction ID，Dhcp请求序号)、租约期、时间戳、用户IP地址、桥端口信息。
DHCP请求和应答格式如图6所示，具体地，网络设备提取进入该设备桥端口的DHCP请求报文，在该报文的以太网头的TAG中获取VID，在DHCP数据中获取chaddr和xid，然后记录chaddr、xid和桥端口。网络设备提取DHCP应答报文，在该报文的以太网头的TAG中获取VID，DHCP数据中获取chaddr、xid和特定厂商信息中获取租约期、然后根据chaddr、VID和xid更新映射表记录中的用户IP地址、租约期和时间戳。
下面结合图3对创建和维护IP地址和桥端口的映射表的过程进行详细说明。
如图3所示，网络设备收到DHCP包时，判断该DHCP包是否是DHCP请求包，若是再判断是否是DHCPDISCOVER或者DHCPREQUEST报文，否则判断是否是ACK报文；经过连续判断后获知DHCP报文的类型。
网络设备根据DHCP报文的不同类型，对映射表进行不同的维护，以下分别说明：
类型一：DHCPDISCOVER或者DHCPREQUEST报文
网络设备收到用户设备发送的DHCPDISCOVER或者DHCPREQUEST报文时，执行以下步骤：
A1：根据报文中的MAC地址和VID判断在映射表中是否存在相应的记录，若不存在则执行B1，否则执行C1；
A2：在映射表中新建一个记录，报文中的chaddr、用户VID、xid、桥端口信息；再执行步骤A4；
A3：更新该记录的xid和桥端口信息，再执行步骤A4；
A4：报文转发DHCP服务器。
类型二：DHCPOFFER报文
收到Server发送DHCPOFFER报文时，执行以下步骤：
B1：根据报文中的chaddr、VID和xid判断映射表中是否存在相应的记录，如果记录不存在，则丢弃报文，流程结束；否则执行B2；
B2：记录用户IP和时间戳；
B3：将报文直接转发到该桥端口。
类型三：DHCPACK报文
收到Server发送的DHCPACK报文时，执行以下步骤：
C1：根据报文中的chaddr、VID和xid判断映射表中是否存在相应的记录，若不存在，则丢弃该报文，流程结束；否则执行C2；
C2：更新该记录的租约期、时间戳、用户IP地址；
C3：将该报文直接转发到该桥端口。
类型四：DHCPNACK报文
收到Server发送的DHCPNACK报文时，执行以下步骤：
D1：根据报文中的chaddr、VID和xid判断映射表中是否存在相应的记录，如果记录存在，则执行D2，否则丢弃该报文，流程结束。
D2：删除该请求记录；
D3：将报文转发给用户。
类型五：DHCPRELEASE或DHCPDECLINE
收到用户发送的DHCPRELEASE或DHCPDECLINE报文时，执行以下步骤：
E1：根据报文中的chaddr和VID判断映射表中是否存在相应的记录，如果记录存在，则删除该请求记录，否则执行丢弃该报文，流程结束；
E2：将报文转发给DHCP服务器。
以上是以DHCP方式为例对映射表的创建和维护进行说明的，当然对于同样是动态分配IP地址的PPPoE接入方式也是同样适用的。
具体的，对于DHCP方式，网络设备在收到DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文时，建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。收到RELEASE、DECLINE或NACK报文，删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
本发明还提供一种IP地址和桥端口映射表老化机制，在会话异常或丢失释放报文的时候能清除相应的IP地址和桥端口映射关系的映射表记录，以免无用的记录占用额外的存储空间。
如图4所示，为了实现老化机制，网络设备启用一个定时器(如间隔为60秒)定时检测映射表，实现记录的老化功能。该实现过程如下：
步骤401：若定时器时间到，则循环检测每条映射表记录，直到遍历结束；
步骤402：判断该条记录的租约期是否等于零，若等于零，则执行步骤403，否则执行步骤404；
步骤403：检查当前时间和时间戳之差是否大于T，如果是，则执行步骤405；否则执行步骤404；
T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
步骤404：检验当前时间和时间戳之差是否大于租约期删除此记录，如果是，则执行步骤405；
步骤405：删除此条记录，用于DHCP请求过程未顺利完成的中间过程记录的老化；
步骤406：老化次数(指检测记录条数)是否大于N，如果是，则继续下条记录的老化检查，重复执行步骤402，否则，等待一个定时器时间的到来，即下一个检测周期，流程结束。
N为设定的相对合理的老化次数，因为一个定时器时间内不易执行太多动作。
经过以上IP地址和桥端口映射表的创建过程后，如图4所示，网络设备对收到的ARP请求进行解析，并获取目的IP和VID，然后再根据目的IP在映射表中查找对应的桥端口信息，最后将其发送到用户端口，不再在VLAN中广播。
为了完善网络设备的功能可以设定该设备是否支持广播限制，即该设备是否是使能的ARP relay，还可以设定该网络设备在无法实现单播时，是否丢弃当前ARP请求。
以下以服务器端向用户设备发送的ARP请求为例进行说明，具体单播过程如下：
步骤501：网络设备解析ARP请求，获取目的IP地址和下行VID；
步骤502：网络设备判断该VID是否是使能的ARP relay，若是则执行步骤503，否则执行步骤505；
步骤503：根据目的IP地址从映射表中获取用户桥端口，若获取成功则执行步骤504，否则执行步骤505；
步骤504：将ARP请求单播到该用户桥端口，不再在VLAN中广播，流程结束；
步骤505：判断是否需要丢弃该ARP请求，如需要丢弃，则丢弃该请求，流程结束；否则执行步骤506；
步骤506：除源端口外，在同一VLAN的其他端口广播该ARP请求。
为了实现以上ARP请求广播限制方法，本发明还提供了一种实现ARP请求广播限制的装置，该装置在网络设备实现，用于在用户设备和服务器之间转发ARP请求，该装置包括接收解析模块、映射表维护模块、映射表查询模块、及转发模块，其中：
接收解析模块，用于接收并解析ARP请求，获取目的IP地址，还用于接收并解析动态IP地址分配相关报文；
映射表维护模块，用于根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息创建、存储及维护IP地址和桥端口的映射表；
IP地址和桥端口的映射表包括若干条映射表记录，每条映射表记录包括用户的MAC地址(chaddr)(以太网源地址)、VLANID(VID)、请求序号xid(Transaction ID)、租约期、时间戳、用户IP地址、桥端口信息。
对于DHCP方式，所述映射表维护模块是这样维护映射表的：若动态IP地址分配相关报文是DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文，则建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录；若动态IP地址分配相关报文是RELEASE、DECLINE或NACKIP报文，则删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
所述映射表维护模块，还用于定时循环检测每条映射表记录，实现老化机制：如果租约期等于零且当前时间和时间戳之差大于T，或，租约期不等于零但当前时间和时间戳之差是否大于租约期，则删除此条记录，所述T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
映射表查询模块，用于根据接收解析模块获取的目的IP地址查询映射表获取用户桥端口；
单播转发模块，用于转发动态IP地址分配相关报文，以及将接收解析模块接收的ARP请求单播到获取的用户桥端口。
设备属性模块，用于存储当前设备的单播属性，如是否支持广播限制，无法实现单播时，是否丢弃ARP请求等信息。
本发明方法和装置基于动态分配IP地址的技术，通过创建、维护及查询IP地址和桥端口映射表来实现ARP请求的单播，将ARP请求直接发送给目的IP的主机，而不在VLAN域中进行广播，从而有效防止黑客攻击。
Claims (10)
1.一种实现ARP广播限制的方法，其特征在于，该方法包括：
(a)网络设备根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息，创建并维护IP地址和桥端口映射表，所述IP地址和桥端口映射表包括若干条映射表记录；
(b)网络设备提取ARP请求，根据所述ARP请求中的目的IP地址查询所述映射表并获取对应的桥端口；
(c)网络设备将所述ARP请求单播到所述桥端口。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：每条映射表记录包括用户的MAC地址、虚拟局域网标识、请求转发序号、用户IP地址及桥端口。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述的动态IP地址分配相关报文指DHCP报文或PPPoE报文，对于DHCP方式，若动态IP地址分配请求和应答报文是DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文，则建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录；若动态IP地址分配相关报文是RELEASE、DECLINE或NACKIP报文，则删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：所述IP地址和桥端口映射表的每条映射表记录包括租约期和时间戳，步骤(a)中所述维护指网络设备还定时循环检测每条映射表记录，如果租约期等于零且当前时间和时间戳之差大于T，或，租约期不等于零但当前时间和时间戳之差大于租约期，则删除此条记录，所述T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：循环检测映射表记录的过程中，如果检测记录条数大于设定的老化次数，则等待下一个检测周期。
6.一种实现ARP广播限制的装置，其特征在于，该装置包括接收解析模块、映射表维护模块、映射表查询模块、及转发模块，其中，
接收解析模块，用于接收并解析ARP请求，获取目的IP地址；
映射表维护模块，用于根据动态IP地址分配相关报文及动态IP地址分配请求报文进入的桥端口信息创建、存储及维护IP地址和桥端口映射表，所述IP地址和桥端口映射表包括若干条映射表记录；
映射表查询模块，用于根据接收解析模块获取的目的IP地址查询映射表获取桥端口；
转发模块，用于将接收解析模块接收的ARP请求单播到获取的桥端口。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述接收解析模块还用于接收并解析动态IP地址分配相关报文；所述转发模块还用于转发所述动态IP地址分配相关报文；所述映射表维护模块是根据动态IP地址分配相关报文的解析结果创建、存储及维护IP地址和桥端口的映射表的。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的动态IP地址分配相关报文指DHCP报文或PPPoE报文，对于DHCP方式，所述映射表维护模块是这样维护映射表的：若动态IP地址分配请求和应答报文是DISCOVER、REQUEST、OFFER或ACK报文，则建立或更新IP地址和桥端口映射关系的映射表记录；若动态IP地址分配相关报文是RELEASE、DECLINE或NACKIP报文，则删除IP地址和桥端口映射关系的映射表记录。
9.如权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于：所述IP地址和桥端口映射表的每条映射表记录包括租约期和时间戳，所述映射表维护模块，还用于定时循环检测每条映射表记录，实现老化机制：如果租约期等于零且当前时间和时间戳之差大于T，或，租约期不等于零但当前时间和时间戳之差大于租约期，则删除此条记录，所述T值是根据组网的规模确定的一个正常分配IP地址的会话从发起请求到收到回应需要的时间值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：循环检测映射表记录的过程中，如果检测记录条数大于设定的老化次数，则等待下一个检测周期。
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