一種無線區域網中arp劫持與性能增強的方法
2023-10-04 02:52:34 3
一種無線區域網中arp劫持與性能增強的方法
【專利摘要】本發明公開了一種無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，採用分布式ARP表存儲ARP響應，降低了ARP包丟失的概率；採用ARP包的探聽機制；將ARP機制與DHT結合，利用DHT方式存儲和查看IP條目，減少了ARP廣播包丟失的情況，提高了ARP效率；本發明減少了網絡中的廣播數據包，減輕了網絡負載；解決了傳統的ARP請求包採用廣播數據包，ARP請求包可能丟失而多次發送廣播包的問題；SAL把ARP響應放在一些已知的節點上，這些節點由每個節點的IP位址經hash運算得到，ARP請求廣播數據包被截獲後單播至這些節點，從而減少了網絡中傳播的數據包。此外本發明的後退機制在SAL中沒有某個IP的對應條目時，可以將ARP請求廣播出去，以傳統的ARP機製得到響應，保證了與傳統ARP機制的兼容。
【專利說明】一種無線區域網中ARP劫持與性能増強的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於區域網【技術領域】，尤其涉及一種無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法。
【背景技術】
[0002]地址解析協議ARP (Address Resolut1n Protocol)作用:解決區域網中主機或者路由器的IP位址和硬體地址的映射問題。網絡中的每一個主機都有自己的IP位址和硬體地址，但是IP位址和硬體地址不存在簡單的映射關係。而且IP位址和硬體地址的對應關係經常發生變化。
[0003]ARP的解決方法是使用ARP高速緩存，每個主機的ARP高速緩存中存放網絡中其他主機的IP位址和物理地址的對應關係，並且這個映射表經常動態更新(新增或超時刪除)。
[0004]在主機A需要知道某個主機B (知道B的IP位址)對應的物理地址時，就先查詢自己的ARP緩存中有無主機B的IP位址。如果有，就查出對應的硬體地址。如果沒有，A就自動運行ARP，按以下步驟找到主機B的硬體地址。
[0005](l)ARP進程在區域網上廣播一個ARP請求分組。ARP請求分組的內容是「我的IP位址是*** (A的IP)，硬體地址是*** (A的硬體地址)，我想知道IP位址*** (B的IP)的主機的硬體地址。」
[0006](2)區域網上所有主機運行的ARP進程都收到此ARP請求分組。
[0007](3)主機B看到ARP請求分組是自己的IP位址，就向主機A發送ARP響應分組，在裡面寫明自己的硬體地址。同時，主機B在自己的ARP緩存中加入A的IP位址到硬體地址的映射。其餘主機不回應這個ARP請求。(ARP請求分組是廣播，ARP響應分組是單播。)
[0008](4)主機A收到主機B的ARP響應分組後，就在自己的ARP高速緩存中寫入主機B的IP位址到硬體地址的映射。
[0009](5)ARP緩存的每個條目都設置有生存時間，超出生存時間的項目就刪除。這是因為區域網中主機的IP位址和硬體地址對應關係經常變化，這樣可以保證ARP中條目的有效性。
[0010]無線區域網中，ARP請求的廣播包在從源端到所請求IP位址的終端主機的傳輸過程中可能會丟失，導致多次重傳，降低ARP效率，增加網絡負載。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在於提供一種無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，旨在解決無線區域網中，ARP請求的廣播包在從源端到所請求IP位址的終端主機的傳輸過程中可能會丟失，導致多次重傳，降低ARP效率，增加網絡負載的問題。
[0012]本發明是這樣實現的，一種無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，該無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法包括採用分布式ARP表存儲ARP響應，節點收到ARP請求後，根據請求的IP通過hash算法得到存儲該ARP條目的特定節點，將ARP請求單播到該節點，由該節點做出響應；所述方法採用ARP機制中的探聽機制，網絡中的節點利用與其連接的客戶端發出的ARP響應，來填充它的本地緩衝和分布式表；所述方法將攔截所有發往網絡的ARP請求，如果SAL能夠提供響應，則將對應的ARP響應回復給客戶端，如果不能，則將該ARP請求廣播至區域網；所述方法將ARP與DHT結合，利用DHT的方式存儲和查看ARP條目。
[0013]進一步，採用分布式ARP表存儲ARP響應實現的具體方法:
[0014]網絡中主機的IP位址經過hash運算得到特定節點，該特定節點存儲該IP位址相關的ARP條目；網絡中的所有節點通過IP位址和分布式hash函數可以計算得到該特定節點；當一個客戶端發出ARP請求時，網絡節點攔截並直接轉發至存有相應ARP條目的節點，該節點通過單播包回復ARP響應給客戶端。
[0015]進一步，ARP機制中的探聽機制，有四種情況如下:
[0016]①outgoingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應發送給客戶端；不在，節點以請求的IP作為檢索關鍵字查詢DHT表，在給定時間內沒有收到響應，就將ARP請求包按照傳統ARP的方式廣播出去；
[0017]②incomingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在其本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應通過網絡發送給請求者；不在，直接丟棄該請求包。
[0018]③outgoingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給DHT存儲；
[0019]④incomingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給目的客戶端。
[0020]進一步，ARP機制還包括後退機制:
[0021]SAL中可能沒有某個IP的對應ARP條目，比如第一次請求這個IP或者這個條目由於長時間沒有更新剛被刪除。在這種情況下，SAL不能提供所請求IP的ARP響應，被截獲的ARP請求在250ms以後以廣播包的方式轉發出去。客戶端以傳統的ARP機製得到響應，同時SAL通過收到的信息學習新的條目。
[0022]進一步，ARP機制還包括新的數據包類型:
[0023]數據包類型:UniCaSt_4addr ;包含源和目的地址，區分不同的數據包和提供調試信息。
[0024]進一步，ARP機制還包括分布式散列表DHT:
[0025]當有一個新的目標想要存進DHT時，步驟為:
[0026]步驟一，由IP位址通過hash函數計算目標的密鑰；
[0027]步驟二，將這個密鑰放進環中；
[0028]步驟三，選出環中離密鑰最近的三個節點；
[0029]步驟四，在這三個節點上存儲該ARP條目。
[0030]本發明的另一目的在於提供一種AP的通信網絡的應用，該AP的通信網絡的應用包括所述的利用無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法。
[0031]本發明提供的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，採用分布式ARP表存儲ARP響應。傳統的ARP請求採用廣播數據包，ARP包丟失時需要重新廣播，網絡負載較重。SAL將ARP響應放在一些已知的節點上，網絡節點將ARP請求截獲後單播至存儲其ARP條目的節點，由該節點單播返回ARP響應，從而減少了網絡中廣播包的數目，減輕了網絡負載。由於網絡節點截獲ARP請求後採用單播包發送至存儲對應ARP條目的節點，由該節點返回ARP響應，因此能夠避免ARP請求在廣播至目的節點過程中丟失而導致ARP解析失敗，提高ARP效率。由於採用了 DHT方式存儲和查看ARP條目，提高了存儲和響應的速度，從而提高了 ARP的效率。此外本發明的後退機制在SAL中沒有某個IP的對應條目時，可以將ARP請求廣播出去，以傳統的ARP機製得到響應，保證了與傳統ARP機制的兼容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明實施例提供的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法流程圖；
[0033]圖2是本發明實施例提供的傳統ARP機制示意圖；
[0034]圖3是本發明實施例提供的SAL機制示意圖；
[0035]圖4是本發明實施例提供的DHT環示意圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0037]下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。
[0038]如圖1所示，本發明實施例的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法包括以下步驟:
[0039]網絡客戶端與傳統ARP機制一樣廣播ARP請求和接收ARP響應，網絡節點對ARP請求和ARP響應的數據包進行攔截，並根據數據包類型不同做出不同的處理，其中包括本地緩衝區和DHT中ARP條目的存儲。分為以下四種情況:
[0040]①outgoingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應發送給客戶端；不在，節點以請求的IP作為檢索關鍵字查詢DHT表，在給定時間內沒有收到響應，就將ARP請求包按照傳統ARP的方式廣播出去；
[0041]②incomingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在其本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應通過網絡發送給請求者；不在，直接丟棄該請求包。
[0042]③outgoingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給DHT存儲；
[0043]④incomingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給目的客戶端。
[0044]本發明的工作原理:
[0045]SAL是一個ARP高速緩存器，可以以較小的延遲使網絡客戶端獲得ARP響應；通常，在無線區域網中，從源端到請求IP的終端主機的傳輸過程中，ARP請求可能會因為廣播包丟失而傳輸多次；SAL把ARP響應放在幾個已知的主機上，在任何適當的時候都可以從這臺主機上獲得響應，從而提高了 ARP效率；
[0046]SAL的核心機制是將網絡中傳輸的所有ARP響應存儲在幾個特定的節點上；對於給定的IP位址，這些節點包含了與這個IP相關的ARP條目(IP&MAC地址)，網絡中的所有節點通過分布式hash函數可以知道這些特定的節點；當一個客戶端發出ARP請求時，網絡節點可以將其攔截並直接轉發至存有相應ARP條目的節點，這樣可以減少包丟失的情況；
[0047]傳統ARP機制和SAL的比較:
[0048]如圖2所示，假設節點A連接的一個客戶端想要知道節點F連接的一個客戶端的MAC地址，源客戶端發出一個ARP請求包，從圖1可以看出，節點A要把它廣播至它的所有鄰居洪泛到整個網絡，節點F收到後將其傳輸到它的客戶端，得到一個響應再傳回給節點A ;但是在傳輸過程中請求包可能會丟失，源客戶端等待一段時間後會重新發送一個ARP請求；
[0049]如圖3所示，SAL不使用廣播包，節點A獲得ARP請求後，找出與請求的IP相關的特定節點(假設只有D)，就會將ARP請求單播到D，節點D做出響應；
[0050]本發明包括新的探聽和應答機制、後退機制和新的數據包類型，以及DHT ;
[0051](1)新的探聽和應答機制:
[0052]為了使SAL能正確工作，路由模塊需要分析發往或來自網絡的ARP消息，因此提出了探聽機制；
[0053]一個節點利用與其連接的客戶端發出的ARP響應，來填充它的本地緩衝和分布式表;
[0054]探聽機制通常有四種情況，對應不同的操作，這四種可能的情況如下:
[0055]①outgoingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應發送給客戶端；不在，節點以請求的IP作為檢索關鍵字查詢DHT表，在給定時間內沒有收到響應，就將ARP請求包按照傳統ARP的方式廣播出去；
[0056]②incomingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在其本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應通過網絡發送給請求者；不在，直接丟棄該請求包。
[0057]③outgoingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給DHT存儲；
[0058]④incomingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給目的客戶端。
[0059](2)後退機制:
[0060]SAL中可能沒有某個IP的對應ARP條目，比如第一次請求這個IP或者這個條目由於長時間沒有更新剛被刪除。在這種情況下，SAL不能提供所請求IP的ARP響應，被截獲的ARP請求在250ms以後以廣播包的方式轉發出去。客戶端以傳統的ARP機製得到響應，同時SAL通過收到的信息學習新的條目；
[0061](3)新的數據包類型:
[0062]為了區分SAL信息和傳統的單播包，引進了一種新的數據類型:unicast_4addr ；這種新的數據包類型包含源IP位址和MAC地址以及目的IP位址，還有子類型項，正是由於這個包子類型項，SAL可以精確的區分不同的數據包，還可以提供適當的調試信息；
[0063](4)分布式散列表DHT:
[0064]密鑰空間由一個環狀呈現，這個環上均勻的分布著2~16個密鑰，環狀表明密鑰空間的四則運算都是模2~16 ;DHT中分配的目標和參與節點在相同的空間被映射為密鑰，因此，滾動環可以找到映射為目標的密鑰，也可以找到映射為節點的密鑰，這個機制在決定哪個節點分配了哪個密鑰上是非常有用的；
[0065]當有一個新的目標想要存進DHT時，步驟為:
[0066]①由IP位址通過hash函數計算目標的密鑰
[0067]②將這個密鑰放進環中
[0068]③選出環中離密鑰最近的三個節點
[0069]④在這三個節點上存儲該ARP條目
[0070]這種方法中，所有節點分享同一個環，給定一個目標，不管什麼節點都可以確定三個存儲目標內容的參與節點；
[0071]通過圖4可以看出，一個DHT環中放了一些參與節點，在某些情況下，網絡中的一個普通節點想要檢索圖中黑色方框目標的內容，節點計算出目標的密鑰然後確定三個節點E、C、A存放其內容，現在這個節點查找目標內容就能直接查詢選擇的參與節點檢索數據；
[0072]SAL利用DHT機制來存儲(MAC&IP)形式的ARP條目(這個目標與普通ARP條目的形式一樣)，IP作為hash函數的輸入是因為IP通常是條目的已知部分；
[0073]無論何時，節點要檢索一個MAC地址，它就直接使用DHT來檢索ARP條目，只有在DHT無法提供想要的信息時(這個條目還沒有出現在網絡中)，這個節點才會後退為傳統的廣播機制；利用DHT可以儘量使節點避免使用廣播包，使它們依賴於直接發往存有DHT的節點的單播數據包。
[0074]本發明可以減少ARP包丟失，減少ARP響應的延遲，提高ARP效率；通常，在無線網絡中，從源端到請求IP的終端主機的傳輸過程中，ARP請求可能會因為廣播包丟失而傳輸多次；SAL把ARP響應放在一個已知的主機上，在任何適當的時候都可以從這臺主機上獲得響應，從而提高ARP效率；本發明可以減少網絡中廣播數據包，減輕網絡負載；傳統的ARP請求包採用廣播數據包，而且在無線網絡中ARP請求包可能丟失而多次發送廣播包；SAL把ARP響應放在一些已知的主機上，截獲ARP請求廣播數據包單播至特定節點；從而減少了網絡中傳播的數據包；本發明可以與傳統的ARP機制兼容；本發明的後退機制在SAL中沒有某個IP的對應條目時，可以將ARP請求廣播出去，以傳統的ARP機製得到響應，保證了與傳統ARP機制的兼容。
[0075]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，該無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法採用分布式ARP表存儲ARP響應，節點收到ARP請求後，根據請求的IP通過hash算法得到存儲該ARP條目的特定節點，將ARP請求單播到該節點，由該節點做出響應；採用ARP機制中的探聽機制，網絡中的節點利用與連接的客戶端發出的ARP響應，來填充它的本地緩衝和分布式表；將攔截所有發往網絡的ARP請求，SAL能夠提供響應，則將對應的ARP響應回復給客戶端，不能，則將該ARP請求廣播至區域網；將ARP與DHT結合，利用DHT的方式存儲和查看ARP條目。
2.如權利要求1所述的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，採用分布式ARP表存儲ARP響應實現的具體方法: 網絡中主機的IP位址經過hash運算得到特定節點，該特定節點存儲該IP位址相關的ARP條目；網絡中的所有節點通過IP位址和分布式hash函數計算得到該特定節點；當一個客戶端發出ARP請求時，網絡節點攔截並直接轉發至存有相應ARP條目的節點，該節點通過單播包回復ARP響應給客戶端。
3.如權利要求1所述的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，ARP機制中的探聽機制，有四種情況如下: ①outgoingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應發送給客戶端；不在，節點以請求的IP作為檢索關鍵字查詢DHT表，在給定時間內沒有收到響應，就將ARP請求包按照傳統ARP的方式廣播出去； ②incomingARP請求:請求包被攔截，並將請求包中的源條目[MAC，IP]存儲下來，然後節點檢查請求的IP是否在本地緩衝中，在，節點丟棄請求包，產生一個響應通過網絡發送給請求者；不在，直接丟棄該請求包。 ③outgoingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給DHT存儲； ④incomingARP響應:節點檢查響應包，保存源和目的條目到本地緩衝區，並將此消息發送給目的客戶端。
4.如權利要求1所述的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，ARP機制還包括後退機制: SAL中可能沒有某個IP的對應ARP條目，比如第一次請求這個IP或者這個條目由於長時間沒有更新剛被刪除。在這種情況下，SAL不能提供所請求IP的ARP響應，被截獲的ARP請求在250ms以後以廣播包的方式轉發出去，客戶端以傳統的ARP機製得到響應，同時SAL通過收到的信息學習新的條目。
5.如權利要求1所述的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，ARP機制還包括新的數據包類型:unicast_4addr ;所述數據包包含源IP位址和MAC地址以及目的IP位址，用於區分不同的數據包和提供調試信息。
6.如權利要求1所述的無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法，其特徵在於，ARP機制還包括分布式散列表DHT ；當有一個新的目標想要存進DHT時，步驟為: 步驟一，由IP位址通過hash函數計算目標的密鑰； 步驟二，將這個密鑰放進環中； 步驟三，選出環中離密鑰最近的三個節點； 步驟四，在這三個節點上存儲該ARP條目。
7.—種權利要求1-6任意一項所述的利用無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法在有線或者無線區域網、城域網、個人區域網通信網絡的應用。
8.—種權利要求1-6任意一項所述的利用無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法在路由協議中的應用、在任何網絡中路由器、交換機交換設備的應用。
9.一種權利要求1-6任意一項所述的利用無線區域網中ARP劫持與性能增強的方法在在手機、電腦、智能家居電器、物聯網節點網絡終端的應用。
【文檔編號】H04L29/06GK104468620SQ201410828738
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月26日 優先權日:2014年12月26日
【發明者】陳晨, 劉乃安, 王在剛, 郭峰 申請人:陳晨, 劉乃安