16.2 ARP 主机探测技术

ARP （Address Resolution Protocol，地址解析协议），是一种用于将 IP 地址转换为物理地址（MAC地址）的协议。它在 TCP/IP 协议栈中处于链路层，为了在局域网中能够正确传输数据包而设计，由协议数据单元和对应的操作命令组成。ARP 既可以由操作系统处理，也可以由网卡处理。

该协议的作用是通过一个局域网上的互联网协议(IP)地址来查询对应的物理硬件地址，如数据包发送到路由器时，ARP 协议将使用嵌入在数据包中的目的 IP 地址查找对应的物理地址，路由器根据获取的 MAC 地址转发数据包到下一个网络。

协议工作过程如下：

• 主机A通过查找其ARP缓存表，比对目标的IP地址是否存在于ARP缓存表中。
• 如果目标机器的IP地址不存在于本地ARP缓存表中，则主机A需要进行ARP请求过程，它广播一个ARP请求。
• 当其他主机收到这个请求时，它会比对主机A设置的这个目标IP地址和自己的IP地址是否一致。
• 如果一致的话，说明被查询的这个IP地址正是自己的IP地址，此时这个主机就会直接向主机A发送ARP响应数据包。
• 主机A在获得了目标主机的MAC地址信息之后，会把这个MAC地址信息存储到自己的ARP缓存表中，以便以后再次使用。

ARP主机探测原理是通过发送 ARP 查询报文，来获取目标主机的 MAC 地址，进而获取目标主机的 IP 地址。

主机探测的具体实现步骤如下：

• 构造一个ARP查询报文，报文中的目标IP地址为需要探测的主机IP地址，源IP地址为探测主机的IP地址，源MAC地址为探测主机网卡的MAC地址。
• 发送ARP查询报文。如果目标主机在线，且相应功能正常，它将返回一个ARP响应报文，其中包含目标主机的MAC地址。
• 接收到ARP响应报文之后，分析报文，从中提取出目标主机的MAC地址和IP地址等信息。

在Windows系统下，我们可以调用SendARP()函数实现ARP探测，该函数用于发送ARP请求到指定的 IP 地址，以获取其 MAC 地址。该函数参数传入目标 IP 地址时能够返回对应 MAC 地址。

SendARP 函数原型如下：

DWORD SendARP(
    IN IPAddr DestIP,             // 目标 IP 地址
    IN IPAddr SrcIP,              // 源 IP 地址（可以为 0）
    OUT PULONG pMacAddr,          // 接收目标 MAC 地址
    IN OUT PULONG PhyAddrLen      // 接收目标 MAC 地址的缓冲区大小，单位为字节
);

该函数的第一个参数为目标IP地址，第二个参数为本地主机IP地址（可以填 0），第三个参数为接收返回的目标 MAC 地址的指针，第四个参数为指向缓冲区大小的指针。

当调用 SendARP() 函数时，如果目标 IP 地址是在同一物理网络中，则返回目标 IP 地址对应的 MAC 地址，并且函数返回值为 NO_ERROR。如果目标 IP 地址无效，或者无法获得对应的 MAC 地址，则函数返回值为错误代码，应该根据错误代码来进行处理。

如下代码实现了扫描局域网中指定ARP主机地址的功能。代码主要使用了SendARP()函数来查询目标主机的MAC地址，并将结果输出。具体实现步骤如下：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <IPHlpApi.h>

#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
#pragma comment (lib,"iphlpapi.lib")

// 扫描局域网中指定ARP主机地址
void ArpScan(char *LocalIP,char *TargetIP)
{
  ULONG localIP = inet_addr(LocalIP);
  ULONG targetIP = inet_addr(TargetIP);

  ULONG macBuf[2] = { 0 };
  ULONG macLen = 6;

  DWORD retValue = SendARP(targetIP, localIP, macBuf, &macLen);

  unsigned char *mac = (unsigned char*)macBuf;
  printf("IP: %-12s --> MAC: ", TargetIP);
  for (int x = 0; x < macLen; x++)
  {
    printf("%.2X", mac[x]);
    if (x != macLen - 1)
      printf("-");
  }
  printf("\n");
}

int main(int argc,char * argv[])
{
  for (int x = 1; x < 100; x++)
  {
    char target[32] = { 0 };
    sprintf(target, "192.168.1.%d", x);
    ArpScan("192.168.1.2", target);
  }
  system("pause");
  return 0;
}

根据端口探测中所使用的方法，实现多线程也很容易，如下代码实现了使用多线程方式扫描局域网内存活的主机。代码中使用 SendARP() 函数来探测目标主机是否存活，并使用多线程方式来加快扫描速度，同时使用临界区来控制多线程条件下的输出效果。

具体实现过程如下：

• 定义 checkActive() 函数，该函数使用 SendARP() 函数来判断目标主机是否存活。如果目标主机存活，则在屏幕上输出其 IP 和 MAC 地址。

• 定义 threadProc() 函数来作为多线程的回调函数。该函数接收一台主机的 IP 地址，并调用 checkActive() 函数来探测该主机是否在线。

• 在 main() 函数中，定义开始和结束的 IP 地址，并使用 for 循环遍历这个 IP 地址段。在循环中，使用 CreateThread() 函数来创建多个线程，每个线程负责探测其中一台主机是否在线。

• 在 checkActive() 函数中，多线程会涉及到在界面上的输出，为了控制多线程在输出上的次序，使用了 EnterCriticalSection() 和 LeaveCriticalSection() 函数来表示临界区，只有进入临界区的线程能够打印输出，其他线程需要等待进入临界区。

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <iphlpapi.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#pragma comment(lib,"iphlpapi.lib")

// 临界区,控制多线程打印顺序
CRITICAL_SECTION g_critical;

bool checkActive(in_addr ip)
{
  ULONG dstMac[2] = { 0 };
  memset(dstMac, 0xff, sizeof(dstMac));
  ULONG size = 6;
  HRESULT re = SendARP(ip.S_un.S_addr, 0, dstMac, &size);

  if (re == NO_ERROR && size == 6)
  {
    // 线程进入临界区，其他线程不能再进入，控制多线程在界面上的打印顺序
    EnterCriticalSection(&g_critical);

    printf("[+] 发现存活主机: %-15s ---> MAC :", inet_ntoa(ip));
    BYTE *bPhysAddr = (BYTE *)& dstMac;
    for (int i = 0; i < (int)size; i++)
    {
      // 如果是mac地址的最后一段，就输出换行
      if (i == (size - 1))
      {
        printf("%.2X\n", (int)bPhysAddr[i]);
      }
      else
      {
        // 否则没有到最后一段，依旧输出，但不换行
        printf("%.2X-", (int)bPhysAddr[i]);
      }
    }

    // 线程离开临界区，其他线程能够继续进入
    LeaveCriticalSection(&g_critical);
    return true;
  }
  else
  {
    return false;
  }
}

// 启动多线程
DWORD WINAPI threadProc(LPVOID lpThreadParameter)
{
  in_addr ip;
  ip.S_un.S_addr = (ULONG)lpThreadParameter;
  checkActive(ip);
  return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  in_addr ip_start, ip_end;

  // 定义开始IP
  ip_start.S_un.S_addr = inet_addr("192.168.9.1");

  // 定义结束IP
  ip_end.S_un.S_addr = inet_addr("192.168.9.254");

  // 循环探测主机

  //初始临界区
  InitializeCriticalSection(&g_critical);

  for (in_addr ip = ip_start; ip.S_un.S_addr < ip_end.S_un.S_addr; ip.S_un.S_un_b.s_b4++)
  {
    printf("探测: %s \r", inet_ntoa(ip));
    CreateThread(NULL, 0, threadProc, (LPVOID)ip.S_un.S_addr, 0, 0);
  }

  system("pause");
  return 0;
}

编译并运行上述代码片段，则会探测192.168.9.1到192.168.9.254网段内存活的主机，并输出该主机的MAC信息，输出效果图如下所示；

本文作者： 王瑞

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