ARP..

已于 2024-12-21 20:16:41 修改
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于 2024-12-21 20:16:09 首次发布
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ARP

0 前言

真正接触到现网才发现ARP十分重要，无论是排错还是S-MLAG都需要用到ARP这个协议，以前对于ARP的理解比较混乱；所以这次对其中的主要内容做个梳理；一定要学好ARP！！！

1 ARP的概念

Ardress resolution protocol，地址解析协议，通过IP层解析出MAC层，帮助数据包转发到下一跳的协议；

2 ARP表

2.1 ARP表内容

主要的内容有以下几个：IP MAC interface age；

着重说一下 ：interface，ARP表的interface一定是物理接口，因为三层数据转发的出接口就是依赖ARP表项中的interface；

什么意思？也就是我们根据ARP表封装完MAC层之后，转发是根据ARP表里的interface，而不是MAC表的interface；下面就来验证：
在这里插入图片描述

在正常情况下，PC1 ping通 PC2 后，也就是产生ARP表项后，我们做以下修改：

  • 修改MAC，不修改ARP

    将PC2对应的MAC的接口修改到G0/0/3，发现ICMP还是从G0/0/2走，则证明不是依靠MAC转发

  • 修改ARP，不修改MAC

    将PC2对应的ARP的接口修改到G0/0/3，发现ICMP是从G0/0/3走，则证明是依靠ARP转发

注：一定是物理口，像锐捷设备他的ARP表不全，可能出现interface是vlanif的情况，只需要输入show arp details就可以显示完整的ARP表，其中就有关联物理接口；

2.2 ARP表更新条件

报文类型更新ARP表条件更新内容
免费ARP①ARP表中已存在Sender IP对应的表项（可以是只有IP的临时表性）用Sender IP和Sender Mac更新表项信息
ARP_request①Target_IP为进接口IP用Sender IP和Sender Mac更新表项信息
ARP_reply①Target_IP为进接口IP ②ARP表中已经存在Sender IP表项（可以是只有IP的临时表项）用Sender IP和Sender Mac更新表项信息

注意，以上的更新条件仅限于普通的ARP流程，如果是代理ARP，那么上面的更新条件将被颠覆；

报文类型更新ARP表条件更新内
ARP_request①Target_IP可达用Sender IP和Sender Mac更新表项信息
ARP_reply①Target_IP可达 ②ARP表中已经存在Sender IP表项（可以是只有IP的临时表项）用Sender IP和Sender Mac更新表项信息

2.3 ARP表删除条件

  1. ARP表中的age超时

  2. ARP表中的interface接口down

    这点很关键，这就说明ARP能够对物理接口的状态动态感知，一旦物理接口DOWN，ARP表项消失
    这也是S-MALG联动ARP转32位路由的重要原因之一；

3 ARP的流程

  1. 本地产生数据包，封装数据层和IP层，根据IP层查询路由表

  2. 查询路由表的目的是为了将流量先转发到一个本地接口

  3. 转发到接口的目的是为了下一步MAC地址的封装判断

  4. 判断该转发接口的IP和报文的目的IP是否是一个网段
    如果同网段，则查看ARP表有无目的IP对应的MAC
    有，则直接根据ARP表项封装
    无，则该接口发送ARP请求，其中Target ip为包的目的IP

    如果异网段，看路由是否有下一跳
    有下一跳，则查看ARP表是否有路由下一跳的MAC地址
    有，则直接根据ARP表项封装
    无，则该接口发送ARP请求，其中Target ip为路由下一跳的IP
    没下一跳，则查看ARP表是否有无目的IP对应的MAC
    有，则直接根据ARP表项封装
    无，则该接口发送ARP请求，其中Target ip为包的目的IP

  5. 根据获取到的ARP表项，封装包的MAC层，然后根据ARP的interface项将报文转发出去；

这些上面的语言过于抽象，我们将从下面几个场景，对ARP的流程做一个验证和梳理，希望方便理解；以下场景默认ARP表都为初始状态(空)，后面不再赘述；

3.1 普通网关

PC1的网关为192.168.1.254，PC2的网关为192.168.2.254，PC1试图ping PC2；
在这里插入图片描述
①PC1产生icmp echo数据层，然后封装IP层，其中源IP为192.168.1.1，目的IP为192.168.2.1；
②PC1查询自己的路由表，因为PC1设置了网关【网关本质就是一条默认路由 0.0.0.0 0.0.0.0 G0/0 192.168.1.254】，目的IP匹配了这一条路由，所以将数据包先送到G0/0；
③判断该转发接口的IP和报文的目的IP不是一个网段，且存在下一跳，为192.168.1.254，由于ARP表没有这个IP的表项，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.1.1 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求，其中的Target IP为192.168.1.254；
④网关收到ARP Request后，发现Target IP为自己，所以用这个ARP请求的Sender ip和Sender MAC更新自己的ARP表项目【IP:PC1 MAC PC1 interface:G0/1】，并且回复ARP Reply包；
⑤PC1收到Reply后，利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:R MAC:R interface:G0/0】
⑥PC1根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑦icmp echo到达R；
⑧R先查看MAC层，发现目的MAC为自己，解封装二层；查看三层，发现目的IP为192.168.2.1，和本地路由表中的192.168.254.0/24 g0/1的直连路由匹配；所以将数据包送到G0/3接口；
⑨判断该转发接口的IP和报文的目的IP是一个网段，由于本地ARP表没有192.168.2.1的MAC，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.2.1 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求，其中的Target IP为192.168.2.1；
⑩PC2收到ARP Request后，发现Target IP为自己，所以用这个ARP请求的Sender ip和Sender MAC更新自己的ARP表项目【IP:R MAC:R interface:G0/4】，并且回复ARP Reply包；
⑩R收到Reply后，发现其中的Targer IP为自己，利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:PC2 MAC:PC2 interface:G0/3】
⑪R根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑫PC2收到数据包，在回复echo reply时候，就顺利很多，因为沿途都有ARP表项，不再赘述；

3.2 VLANif网关

PC1的网关为192.168.1.254，PC2的网关为192.168.2.254，PC1试图ping PC2；
在此基础上，中间的由器换成三层交换机，PC1属于VLAN 1，PC2属于VLAN 2，他们的网关位置被移到VLANif口
在这里插入图片描述
①PC1产生icmp echo数据层，然后封装IP层，其中源IP为192.168.1.1，目的IP为192.168.2.1；
②PC1查询自己的路由表，因为PC1设置了网关【网关本质就是一条默认路由 0.0.0.0 0.0.0.0 G0/0 192.168.1.254】，目的IP匹配了这一条路由，所以将数据包先送到G0/0；
③判断该转发接口的IP和报文的目的IP不是一个网段，且存在下一跳，为192.168.1.254，由于ARP表没有这个IP的表项，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.1.1 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求，其中的Target IP为192.168.1.254；
④网关收到ARP Request后，发现Target IP为自己，所以用这个ARP请求的Sender ip和Sender MAC更新自己的ARP表项目【IP:PC1 MAC PC1 interface:G0/1】，并且回复ARP Reply包；
⑤PC1收到Reply后，利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:R MAC:R interface:G0/0】
⑥PC1根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑦icmp echo到达R；
⑧R先查看MAC层，发现目的MAC为自己，解封装二层；查看三层，发现目的IP为192.168.2.1，和本地路由表中的192.168.254.0/24 vlanif2的直连路由匹配；所以将数据包送vlanif2逻辑接口；
⑨判断该转发接口的IP和报文的目的IP是一个网段，由于本地ARP表没有192.168.2.1的MAC，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.2.1 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求(带VLAN 2的TAG，所以二层支持转发VLAN 2的接口都会发)，其中的Target IP为192.168.2.1；
⑩PC2收到ARP Request后，发现Target IP为自己，所以用这个ARP请求的Sender ip和Sender MAC更新自己的ARP表项目【IP:R MAC:R interface:G0/4】，并且回复ARP Reply包；
⑪R收到Reply后，发现其中的Target IP为自己，于是利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:PC2 MAC:PC2 interface:G0/3】
⑫R根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑬PC2收到数据包，在回复echo reply时候，就顺利很多，因为沿途都有ARP表项，不再赘述；

4 ARP代理

4.1 作用

当本地接口收到一个目的MAC不为自身MAC的ARP请求时，开启了ARP代理的本地接口会尝试帮助发送方进行报文的转发；

4.2 ARP代理流程

  1. 开启ARP代理的本地接口收到一个目的MAC非自己的ARP请求
  2. 本地查看路由表，看ARP请求的Target ip是否可达
    如果可达，回复ARP_Reply进行ARP欺骗，将数据包引流到本地后进一步转发；
    如果不可达，不做回复；

下面讲几个实习中碰到的例子：

4.2.1 S-MLAG

PC1和PC2是同网段；S上存在一个VLANIF1，作为PC1和PC2的网关，并且开启了ARP代理；
G0/1和G0/4开启了端口隔离，不能直接通过二层互通；
在这里插入图片描述
①PC1产生icmp echo数据层，然后封装IP层，其中源IP为192.168.1.1，目的IP为192.168.1.3；
②PC1查询自己的路由表，目的IP匹配了【192.168.1.0 g0/0】这一条路由，所以将数据包先送到G0/0；
③判断该转发接口的IP和报文的目的IP是一个网段，由于本地ARP表没有192.168.1.3的MAC，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.1.3 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求，其中的Target IP为192.168.1.3；
④网关收到ARP Request后，发现Target IP不是自己，但是VLANIF 1它开启了ARP代理，所尝试进行数据包的转发：查看自身路由表发现存在【192.168.1.0/24 vlanif1】的路由，所以判断ARP中的Target ip 192.168.1.3可达，所以进行ARP欺骗：先根据Target IP中的【Sender IP和MAC更新本地ARP表】，并且回复给PC1 ARP_Reply【Sender IP: PC2 Sender MAC:VLANIF1 Target IP:PC1 Target MAC:PC1】进行ARP欺骗；
⑤PC1收到Reply后，利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:PC2 MAC:VLANIF1 interface:G0/0】
⑥PC1根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑦icmp echo到达S的VLANIF1；
⑧VLANIF1先查看MAC层，发现目的MAC为自己，解封装二层；查看三层，发现目的IP为192.168.1.3，和本地路由表中的192.168.1.0/24 vlanif1的直连路由匹配；所以将数据包送到vlanif1接口；
⑨判断该转发接口的IP和报文的目的IP是一个网段，由于本地ARP表没有192.168.1.3的MAC，所以本地生成一个ARP的临时表项【IP:192.168.1.3 MAC:?】，并且该接口发送ARP请求(带VLAN 1的TAG，所以二层支持转发VLAN 2的接口都会发)，其中的【Sender IP: PC1 Sender MAC: VLANIF1 Target IP:PC2】【ARP欺骗】；
⑩PC2收到ARP Request后，发现Target IP为自己，所以用这个ARP请求的Sender ip和Sender MAC更新自己的ARP表项目【IP:PC1 MAC:VLANIF1 interface:G0/4】，并且回复ARP Reply包；
⑪S收到Reply后，利用其中的Sender IP和MAC以及自己产生的临时表项更新自己的ARP表【IP:PC2 MAC:PC2 interface:G0/3】
⑫S根据更新的表项，封装icmp echo的MAC层，并且根据ARP表中的interface将数据转发出去；
⑬PC2收到数据包，在回复echo reply时候，就顺利很多，因为沿途都有ARP表项，不再赘述；

4.2.2 路由

R1和R2互联，其中R1有一条静态路由【2.2.2.2 32 G0/0】，这条静态路由没有指定下一跳IP地址；
R2上面有一个环回接口，IP地址为2.2.2.2；
在这里插入图片描述
现：关闭R2的G0/1接口的arp代理功能；然后R1 ping 2.2.2.2；发现无法ping通；
再：开启R2的G0/1接口的arp代理功能；然后R1 ping 2.2.2.2；发现可以ping通；

简单解释一下：
R1上的2.2.2.2的路由没有配置下一跳IP，而且出接口的IP和目的IP不是一个网段；
所以R1发送的ARP请求中的Target IP为2.2.2.2；
如果R2的G0/1没开启ARP代理，因为Target IP不是自己，就不会回复，也就不可达；
如果R2的G0/1开启了ARP代理，那就可以帮忙转发，也就可达；

综上：
配置路由的时候，务必配上下一跳IP，因为出接口不配置也能迭代出来；
一方面，如果接收口没开启ARP代理功能，就无法可达；
另一方面，配置下一跳之后，对于本地来说，访问多个相同下一跳的网段，只会有一条ARP记录，节省表项；

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