校园网IP地址冲突的分析以及解决的方案

摘要：本文介绍了IP地址与MAC地址的关系，比较深入地分析了Windows对IP地址冲突的自动检测过程，提出了IP地址冲突的解决方案。

关键词：IP地址;MAC地址；冲突;解决方案

中图分类号：G434 文献标识码2B

随着校园网应用的深入和终端用户的增加，在用户管理和安全管理上的问题凸现出来，其中乱设IP现象特别明显，使合法用户不能使用网络资源，造成网络工作不正常。解决IP冲突，实现用户的唯一性确定，成为维护网络健康、安全运行的重要任务。

一、IP地址与MAC地址的关系

IP地址是根据现在的IPv4标准指定的，不受硬件限制比较容易记忆的地址，长度4个字节。而 MAC地址却是用网卡的物理地址，保存在网卡的EPROM里面，与硬件有关系，比较难于记忆，长度为6个字节。

虽然在TCP／IP网络中，计算机往往需要设置IP地址后才能通讯，然而，实际上计算机之间的通讯并不是通过IP地址，而是借助于网卡的MAC地址。IP地址只是被用于查询欲通讯的目的计算机的MAC地址。

ARP协议是用来向对方的计算机、网络设备通知自己IP对应的MAC地址的。在计算机的 ARJ缓存中包含一个或多个表，用于存储IP地址及其经过解析的以太网MAC地址。一台计算机与另一台IP地址的计算机通讯后，在ARP缓存中会保留相应的MAC地址。所以，下次和同一个IP地址的计算机通讯，将不再查询MAC地址，而是直接引用缓存中的MAC地址。

在交换式网络中，交换机也维护一张MAC地址表，并根据MAC地址，将数据发送至目的计算机。

二、windows对IP地址冲突的自动检测过程

重复IP地址(duplicate IP address)可以导致网络上的严重破坏，因而对重复IP地址的检测是Windows TCP／IP的一个重要特性。计算机启动时，首次初始化TCP／IP，广播ARP请求，以便为IP地址请求IP地址解析。如果另一个主机回答此ARP请求分组中的任何一个，就表示该主机已经在使用此IP地址。这称为重复地址测试(Dupli-cate Address Test，DAT)。检测到重复地址时，Windows计算机照样引导，但禁用此广播ARP请求的计算机上的重复IP地址，并显示一条IP地址冲突的错误信息。为修复其它计算机中的ARP缓存表可能出现的崩溃，发送ARP请求的计算机重新广播另外一个ARP，但用发送ARP应答的计算机的硬件地址填充ARP请求的源硬件地址(Hardware Address，HA)字段。此技术很有希望可以修复其它计算机的ARP缓存表的崩溃问题，以使正在使用该IP地址的计算机能够正常工作。

在网络监视器中设置一个捕获过滤器，使之仅捕获与IP相关的流量，指定捕获过滤器文件的名字为test．cap。下面通过捕获到的分组信息进行分析。正常情况下，计算机广播一个带有目标IP地址的ARP请求，其分组中包含以下字段：

Sender’s Hardware Address＝0060083671DE

Sender’s Protocl Address=1Array2．168．3．10

Target’s Hardware Address＝000000000000

Target’s Protocol Address=1Array2．168．3．18

ARP回答直接发送到ARP请求方，其分组中包含以下字段：

Sender’s Hardware Address=00A024ABDlE6 Answer)

Sender’s Protocol Address=1Array2．168．3．18

Target’s Hardware Address＝0060083671DE

Target’s Protocol Address=1Array2．168．3．10

这样，发送ARP请求的计算机，找到了目标计算机的MAC址。计算机启动时，发送一个ARJ请求以解析自己的IP地址。其分组中包含以下字段：

Sender’s Hardware Address＝0060083671DE

Sender’s Protocol Address＝1Array2．168．3．10

Target’s HardWare Address＝000000000000

T明et’s ProtocolAddress＝1Array2．168．3．10

如果其它站没有设为1Array2．168．3．10的IP地址，则没有ARP应答。当网络中存在一个重复IP地址为1Array2．168．3．10，则此站会发送一个ARP应答。其分组中包含以下字段：

Sender’s Hardware Address＝00A024ABDlE6 (／hnswer)

Sender’s ProtocolAdd ress＝1Array2．168．3．10

Target’s Hardware Address＝000000000000

Tagrgt’s Protocol Address＝1Array2．168．3．10

当一个站看到来自重复IP站的ARP应答时，此站在计算机屏幕上报告这一问题。在windows2000的系统日志上可查看到错误信息。

三、IP地址冲突的解决方案

通过IP地址与MAC地址绑定，MAC地址与交换机端口绑定，可有效地防止用户更改IP地址和MAC地址现象，较好地解决网络中IP冲突问题。

1．计算机IP地址与MAC绑定

ARP缓存表保存了MAC地址与IP地址之间的绑定，局域网用户通常通过代理服务的方式访问Internet，在代理服务器的ARP缓存表中保存了所有用户的MAC和IP信息。因此，可在代理服务器上将局域网用户的IP地址与MAC地址静态绑定，使得乱设IP址的计算机不能访问Internet。

在CMD方式下，键入以下命令：

ARP?s IP地址MAC地址

例：ARP?s1Array2．168．3．1000?AB一4C一60?08?68 这样，就将静态IP地址1Array2．168．3．10与网卡地址为00?AB?4C?60?08?68的计算机绑定在一起了，即使别人盗用您的IP地址1Array2．168．3．10，也无法通过代理服务器上网。

另外，需要注意的是，通过“?s”参数添加的项属于静态项，不会造成ARP缓存超时。只有终止TCP／IP协议后再启动，这些项才会被删除。通常编辑一批处理文件，包含所有IP与MAC绑定的命令，当系统重启或终止TCP／IP协议后再启动时，运行该批处理文件即可。

2．交换机端口与MAC绑定

交换机工作在数据链路层的MAC子层，传输的是帧，通常用于连接两个或多个以太网段。交换机在接收到以太帧后，从以太帧的源MAC地址字段“逆向”学习到去源站的路径，并生成、完善和维护着一个MAC地址与端口的映射表，在这个表中记录着交换机每个端口绑定的MAC地址。交换机以帧中的目的地址查找MAC地址表各项，如有匹配项则按该表项指定的端口路径转发帧，如无相应表项则向除源端口以外的所有端口广播转发帧。帧中的源和目的地址都是物理地址，即MAC地址。

将交换机的MAC地址与端口绑定，终端用户如果擅自改动本机网卡的MAC地址，该机器的网络访问将因其MAC地址被交换机认定为非法而无法实现，自然也就不会对局域网造成干扰了。

以思科2Array50?A交换机为例、登录进入交换机，输入管理口令进入全局配置模式，键入命令：

(config) #mac?address?table static＜MAC地址＞vlan＜VLAN号＞interface＜模块号／端口号表＞ 该命令可分配一个静态的MAC地址给某些端口，即使重自交换饥，这个地址也仍然会存在。从此。该端口只允许这个MAC地址对应的设备连接在该端口上送行通信。用户通过注册表等方式更改MAC地址后，交换机拒绝为其通信。

四、IP地址和MAC地址的获取

校园网IP地址可以由学校网络管理部门强制进行分配，但MAC地址必须从本机或借助一些软件获取。一是从本机获取。对于WindowsArray8／Me，运行“winipcfg”，在对话框就可看到IP地址，而“适配器地址”就是网卡的MAC地址。对于windows NT／2000／XP，需在命令提示符下输入“ipconfig／all”，显示列表中的“Physical Address”就是MAC地址，“IP Address”就是IP地址。

二是通过一些网管软件获取。如“MAC扫描器”“NetSuper”等。另外在同一局域网内的，可以用ping IP或者ping主机名，然后用arp?a来获得其它计算机的MAC地址。