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Netzwerk-Troubleshooting mit Open Source und Bordmitteln So nutzen Sie den ARP-Cache für die Netzwerkdiagnose

Von Thomas Joos 5 min Lesedauer

Mit ARP können Admins wichtige Informationen im Netzwerk sammeln und zur Diagnose nutzen. Das funktioniert für alle Betriebssysteme. In diesem Beitrag zeigen wir den spezifischen Nutzen des ARP-Caches und dieser für die Netzwerkdiagnose und das Troubleshooting relevant ist.

Der ARP-Cache spielt eine zentrale Rolle bei der Netzwerkdiagnose, da er wesentliche Informationen über die Zuordnung von IP- zu MAC-Adressen im lokalen Netzwerk liefert. Mit dem Tool EtherApe lassen sich die Cache-Daten aber auch der Datenverkehr im Netzwerk gut darstellen.(Bild: Joos - EtherApe (Riccardo Ghetta, Juan Toledo))
Der ARP-Cache spielt eine zentrale Rolle bei der Netzwerkdiagnose, da er wesentliche Informationen über die Zuordnung von IP- zu MAC-Adressen im lokalen Netzwerk liefert. Mit dem Tool EtherApe lassen sich die Cache-Daten aber auch der Datenverkehr im Netzwerk gut darstellen.
(Bild: Joos - EtherApe (Riccardo Ghetta, Juan Toledo))

Wir haben uns bereits in einem eigenen Beitrag mit den umfassenden Möglichkeiten des Address Resolution Protocols und ARP-Scans auseinandergesetzt. Im folgenden Beitrag gehen wir ausführlicher auf die Möglichkeiten des ARP-Caches ein, der auf verschiedenen Computern im Netzwerk mit unterschiedlichen Informationen gefüllt sein kann.

Den ARP-Verkehr können Sie bspw. mit EtherApe grafisch darstellen; das Tool für die Anzeige von Netzwerkdaten besonders gut geeignet ist. Wir haben EtherApe zudem bereits einen eigen Beitrag gewidmet.

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Was steht im ARP-Cache

Der ARP-Cache (Address Resolution Protocol Cache) speichert in Windows und Linux die Zuordnung zwischen IP-Adressen und MAC-Adressen im lokalen Netzwerk. Diese Zuordnungen ermöglichen es den Systemen, IP-Pakete an die richtige physische Adresse im Netzwerk zu senden, ohne jedes Mal eine ARP-Anfrage zu stellen, was die Netzwerklast reduziert. Der Cache enthält Einträge mit Informationen wie der IP-Adresse, der zugehörigen MAC-Adresse, der Schnittstelle, über die der Eintrag erstellt wurde, sowie einen Zeitstempel, der angibt, wie lange der Eintrag noch gültig ist. In Windows kann der ARP-Cache mit dem Befehl "arp -a" eingesehen werden, während in Linux das Kommando "ip neigh" oder "arp -n" verwendet wird. Beide Systeme aktualisieren den ARP-Cache regelmäßig und entfernen veraltete Einträge automatisch, um die Konsistenz des Netzwerks sicherzustellen.

Darum ist der ARP-Cache wichtig für die Netzwerkdiagnose

Der ARP-Cache spielt eine zentrale Rolle bei der Netzwerkdiagnose, da er wesentliche Informationen über die Zuordnung von IP- zu MAC-Adressen im lokalen Netzwerk liefert. Diese Informationen sind entscheidend, um Kommunikationsprobleme zwischen Geräten zu identifizieren und zu beheben. In der Praxis können inkonsistente oder fehlende Einträge im ARP-Cache auf eine fehlerhafte Netzwerkverbindung, Routing-Probleme oder einen möglichen ARP-Spoofing-Angriff hindeuten. Insbesondere ist die Überprüfung der Zuordnung von IP- und MAC-Adressen hilfreich, um sicherzustellen, dass die Kommunikation korrekt erfolgt und keine Adresskonflikte oder Fehlzuordnungen existieren.

Für die Netzwerkdiagnose sind die folgenden Daten im ARP-Cache von besonderer Bedeutung: die IP-Adresse, die zugehörige MAC-Adresse, der Zustand des Eintrags ("reachable", "stale"), sowie der Zeitstempel, der die Gültigkeitsdauer des Eintrags bestimmt.

Zum Beispiel kann ein Administrator bei einem Windows-System, das keine Verbindung zu einem bestimmten Host herstellen kann, durch den Befehl "arp -a" überprüfen, ob die richtige MAC-Adresse für die IP-Adresse des Zielhosts im Cache eingetragen ist. Sollte die MAC-Adresse fehlen oder inkorrekt sein, liegt möglicherweise ein Problem mit der Netzwerkkonfiguration oder ein Sicherheitsproblem vor. Auf Linux- und macOS-Systemen kann der Befehl "ip neigh" bzw. "arp -n" verwendet werden, um ähnliche Diagnosen durchzuführen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Erkennen von ARP-Spoofing, bei dem ein Angreifer falsche ARP-Einträge in den Cache eines Systems injiziert, um den Netzwerkverkehr abzufangen. Durch gezielte Überprüfung der ARP-Cache-Einträge kann ein Administrator verdächtige Zuordnungen identifizieren, die auf einen solchen Angriff hindeuten. Zusätzlich können inkonsistente Zeitstempel oder abgelaufene Einträge auf Netzwerklatenzen oder Hardwareprobleme hinweisen, was bei der Diagnose von Verbindungsunterbrechungen oder Performance-Problemen hilft. Die Fähigkeit, solche Details im ARP-Cache zu interpretieren, ermöglicht eine tiefergehende Analyse und schnellere Problemlösung in komplexen Netzwerkumgebungen.

ARP-Spoofing erkennen: ARPwatch und WireShark

Administratoren können ARP-Spoofing durch gezielte Überwachung und Analyse des ARP-Caches sowie durch den Einsatz spezieller Tools erkennen. Ein verdächtiges Anzeichen für ARP-Spoofing ist das Vorhandensein mehrerer IP-Adressen, die mit derselben MAC-Adresse im ARP-Cache verknüpft sind, was auf eine Manipulation hindeuten könnte. Um solche Unregelmäßigkeiten zu entdecken, können Admins regelmäßig die ARP-Cache-Einträge überprüfen und nach unplausiblen oder unerwarteten Zuordnungen suchen.

Zusätzlich können Tools wie ARPwatch oder Wireshark eingesetzt werden, die den Netzwerkverkehr überwachen und Änderungen im ARP-Cache protokollieren. ARPwatch kann beispielsweise alle ARP-Zuordnungen aufzeichnen und Administratoren benachrichtigen, wenn eine IP-Adresse plötzlich mit einer neuen MAC-Adresse assoziiert wird, was ein Indikator für einen ARP-Spoofing-Angriff sein könnte. Wireshark ermöglicht es, den Netzwerkverkehr detailliert zu analysieren und verdächtige ARP-Pakete, die auf Spoofing hindeuten, zu identifizieren.

Nach der Installation von ARPwatch kann das Tool so konfiguriert werden, dass es kontinuierlich den ARP-Verkehr überwacht und jede neu erkannte MAC-Adresse sowie Änderungen an bestehenden ARP-Zuordnungen protokolliert und per E-Mail meldet. Die Installation von ARPwatch erfolgt unter Linux über den Befehl

sudo apt-get install arpwatch

Unter Red Hat-basierten Systemen wie CentOS oder Fedora mit:

sudo yum install arpwatch

Nach der Installation kann ARPwatch für eine spezifische Netzwerkschnittstelle, wie beispielsweise eth0, mit dem Befehl "sudo arpwatch -i eth0" gestartet werden. Hierbei überwacht ARPwatch die angegebene Schnittstelle und protokolliert alle Änderungen in einer Log-Datei, die üblicherweise unter /var/log/arpwatch.log abgelegt wird.

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Administratoren können die Log-Datei direkt überwachen, um verdächtige Aktivitäten in Echtzeit zu erkennen, indem sie den Befehl "tail -f /var/log/arpwatch.log" verwenden. Ein typisches Szenario könnte eine E-Mail-Benachrichtigung sein, die eine Änderung einer ARP-Zuordnung meldet, wenn beispielsweise eine IP-Adresse plötzlich einer neuen MAC-Adresse zugeordnet wird. Diese Benachrichtigung kann auf eine Manipulation im Netzwerk hindeuten und gibt dem Administrator die Möglichkeit, sofortige Maßnahmen zu ergreifen, um potenzielle Sicherheitsbedrohungen abzuwehren.

ARP-Spoofing erkennen mit TShark

TShark, die Kommandozeilen-Version von Wireshark, ist ein leistungsstarkes Tool zur Netzwerkverkehrsanalyse, das sich auch zur Erkennung von ARP-Spoofing eignet. Administratoren können TShark einsetzen, um gezielt ARP-Pakete zu überwachen und auf Anomalien in den ARP-Zuordnungen zu prüfen. Ein gängiger Ansatz besteht darin, mit TShark ARP-Pakete in Echtzeit zu erfassen und nach verdächtigen Mustern wie doppelten IP-Adressen mit unterschiedlichen MAC-Adressen zu filtern. Dies lässt sich beispielsweise mit folgendem Befehl realisieren:

tshark -i eth0 -Y "arp.opcode == 2" -T fields -e arp.src.proto_ipv4 -e arp.src.hw_mac -e arp.dst.proto_ipv4 -e arp.dst.hw_mac

Dieser Befehl überwacht die Netzwerkschnittstelle eth0 und filtert ARP-Reply-Pakete, da diese oft bei ARP-Spoofing missbraucht werden. Die Ausgabe zeigt die Quell- und Ziel-IP-Adressen sowie die zugehörigen MAC-Adressen, wodurch der Administrator überprüfen kann, ob mehrere IP-Adressen mit unterschiedlichen MAC-Adressen verknüpft sind. Solche Unregelmäßigkeiten deuten auf ARP-Spoofing hin. TShark bietet zudem die Möglichkeit, diese Daten in eine Datei zu schreiben oder automatisiert Skripte auszuführen, die bei Erkennung von Anomalien Alarm schlagen, was eine schnelle Reaktion auf potenzielle Sicherheitsvorfälle ermöglicht.

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