1.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。
在Ethernet中，MAC地址存在于每個(gè)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(shí)，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)間的通信。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(shí)，提出硬件地址解析請求的機(jī)器會發(fā)送廣播報(bào)文給本網(wǎng)中其他聯(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)中的其他機(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(shí)間的推移發(fā)生變化時(shí)，能及時(shí)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(shí)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(shí)，將直接影響網(wǎng)絡(luò)IP地址的管理、通信流量的計(jì)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。
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(bào)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(shí)上網(wǎng)，如何防止IP地址盜用?
2．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(shí)，對其正確性有特殊的要求，表現(xiàn)在下面兩個(gè)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)行了正確的注冊后才有效。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(shí)可導(dǎo)致三種結(jié)果：第一，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；第二，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；第三，非法占用已分配的資源，盜用其他注冊用戶的合法IP地址(且注冊該IP地址的機(jī)器未通電運(yùn)行)聯(lián)網(wǎng)通信。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，第三種情況將涉及注冊用戶的合法權(quán)益，危害很大。
3．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(shí)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(shí)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)與歷史記錄自動排查，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 SUPERSTACKⅡ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。
4.三種方法比較
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(shí)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。