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关于互联网第二层协议的安全学习报告2012211313班梁霄2012211479一、引言在网络安全领域，大家普遍把焦点放在网络层及以上层次的安全上，而忽视了由于低层协议缺乏健壮性而导致的安全隐患。直到ARP欺骗、VLAN攻击等利用低层协议设计缺陷而出现的网络攻击频繁发生时，人们才将注意力放到低层尤其是数据链路层的安全上来。在网络体系结构中，越是低层的安全问题，产生的影响也越大，而且越不容易彻底解决。本报告涵盖了数据链路层几种主要的安全隐患及保护方案，通过学习网络安全技术大体了解了互联网第二层协议的实现，查阅书籍和网络，给出了每一种针对链路的攻击的解决方法。二、数据链路层协议安全（一）网络窃听及基本防范措施（以ARP欺骗为例）网络窃听是指截获网络上通信的数据流，从而窃取所需的信息。1、ARP协议的工作原理源主机向网络中所有主机广播包含有ARP请求的数据包，询问与目的主机IP地址相对应的MAC地址。拥有该IP的目的主机会向请求方发送一个含有其MAC地址的ARP应答数据包。源主机将根据这个应答数据包更新自己的ARP缓存，并按得到的MAC地址发送正式的数据包给目的主机。2、ARP欺骗的原理为了减少局域网内的ARP通信量，ARP协议规定，即使一台主机收到的ARP响应报文并非自己请求得到，他也会将其更新到本机的ARP缓存列表中。而且ARP缓存列表的更新策略是以最新的为准，也就是说，在ARP缓存列表已存在相关记录的情况下，如果新收到的ARP应答报文中的记录与ARP缓存列表中的记录不符，ARP协议规定用最新的记录更新ARP缓存列表中的旧记录。ARP协议的这些设计原则使得ARP欺骗成为可能。举例而言，若主机M（IP_M，MAC_M）想改变主机A（IP_A，MAC_A）与主机B（IP_B，MAC_B）之间的数据流流向，那么主机M只需要以固定时间间隔向主机A发送ARP响应报文：“我是IP_B，我的MAC地址是MAC_M”，向主机B发送ARP响应报文：“我是IP_A，我的MAC地址是MAC_M”。这样，主机A就会把本应送达主机B的数据发给主机M，主机B亦然。为保证主机A与主机B之间的通信不被中断，主机M上需要有相应的数据转发机制。如此，主机M就可以监测主机A与主机B之间的会话内容。3、ARP欺骗的检测及防范（1）检测使用ARP欺骗，在监测过程中会发送大量的ARP包，容易被检测出来；由于受监测主机的网络性能受到较大影响，该主机的用户更容易感受到异常。（2）被动防范措施对于计算机来说，可以通过绑定网关等重要设备的IP与MAC地址记录来防止ARP欺骗攻击，即使用静态ARP表。在交换机上防范ARP欺骗攻击的方法与在计算机上基本相同，可以将下连设备的MAC地址与交换机端口进行绑定，并通过端口安全功能对违背规则的主机进行相应的处理。ARP欺骗是基于交换式局域网的网络窃听，可以使用第三层交换设备来进行防范。第三层交换设备是集交换和路由于一身的设备，取消了局域网对目的MAC地址和ARP协议的依赖，采用基于IP地址的交换。第三层交换设备正在广泛普及，价格相对昂贵但功能十分强大。（3）主动防范措施监听ARP数据包、定期探测数据包传送路径和使用SNMP协议定期轮询ARP表等方法，可以作为被动防范措施的补充，最大限度地防止信息被“中间人”获取。（二）数据传输加密1、链路加密所有消息在被传输之前进行加密，在每一个节点对接收到的消息进行解密，然后先使用下一个链路的密钥对消息进行加密，再进行传输。采用链路加密方式，从起点到终点，要经过许多中间节点，在每个节点地均要暴露明文（节点加密方法除外），如果链路上的某一节点安全防护比较薄弱，那么按照木桶原理（木桶水量由最低的一块木板决定），虽然采取了加密措施，但整个链路的安全只相当于最薄弱的节点处的安全状况。链路加密，每条物理链路上，不管用户多少，可使用一种密钥。在极限情况下，每个节点都与另外一个单独的节点相连，密钥的数目也只是n*(n-1)/2种。这里n是节点数而非用户数，一个节点一般有多个用户。链路加密方式有两个缺点，一是全部报文都以明文形式通过各节点的计算机中央处理机，在这些节点上数据容易受到非法存取的危害；二是由于每条链路都要有一对加/解密设备和一个独立的密钥，维护节点的安全性费用较高，因此成本也较高2...