ARP缓存状态解析与演示

描述：麒麟V10SP1系统ARP缓存状态解析与演示。

1、arp清理周期

ARP（地址解析协议）缓存的管理是通过内核参数进行控制的。这些参数影响ARP缓存的刷新和清理周期，从而影响网络性能和稳定性。下面是几个关键的内核参数以及它们在ARP缓存管理中的作用：

1. gc_stale_time

• 路径：/proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_stale_time
• 定义：这个参数设置了ARP条目在没有被访问或更新后多久应该被标记为“老化”（stale）。老化的ARP条目不立即从缓存中删除，但它们将被标记为候选，以便在需要空间时首先被清除。
• 作用：这个参数设置了一个ARP缓存条目在没有接收到相关网络活动确认的情况下能保持“已确认”状态的最大时间（单位为秒）。默认情况下，这个时间通常设置为60秒。如果超过这段时间没有更新，ARP缓存条目会被标记为 STALE 状态。

1. gc_interval

• 路径：/proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_interval
• 作用：这个参数设置了系统对ARP缓存进行扫描清理的时间间隔（单位为秒）。在此间隔期间，内核会检查标记为 STALE 状态的ARP缓存条目，并可能将其清除。默认值通常是30秒。

2、arp刷新机制

1. base_reachable_time_ms

• 路径：/proc/sys/net/ipv4/neigh/default/base_reachable_time_ms
• 定义：这个参数设定了ARP缓存条目在没有收到任何新的网络活动更新时，最初被认为是可达的时间，即网络设备可以在这段时间内信任这个ARP条目而无需进行新的ARP查询。

• 作用：

• 基础可达时间：该参数定义了ARP缓存条目在没有接收到任何更新的情况下，初始认为是可达的时间长度（单位为毫秒）。这意味着在这段时间内，网络上的其他设备可以依靠这个ARP条目来发送数据，而不需要重新发起ARP请求来确认设备的MAC地址。

• 随机化：为了防止网络上多个设备同时尝试更新ARP缓存条目，内核会在这个基础时间上添加一些随机的延时（从0%到50%的随机增加）。例如，如果基础可达时间设置为30秒（30000毫秒），则实际的ARP条目有效期将是在30秒到45秒之间的某个时间点。
• 如果 ARP 表项在 base_reachable_time 时间内没有被访问，就会变为 STALE 状态，下次访问时会触发 ARP 请求进行刷新。

3、参数设置

ARP缓存的刷新和清理周期由上述参数共同决定。gc_stale_time决定了一个条目在被认为是过时前可以保持多久，而gc_interval设置了检查这些条目的频率。同时，base_reachable_time_ms影响了系统多久刷新一次ARP条目，以确保它们的有效性。

如果需要修改这些设置以优化网络性能，可以直接编辑相应的文件，例如：

echo 120 > /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_stale_time echo 20 > /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_interval echo 40000 > /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/base_reachable_time_ms

为了使这些修改永久生效，可以将它们添加到/etc/sysctl.conf文件中：

echo "net.ipv4.neigh.default.gc_stale_time = 120" >> /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.neigh.default.gc_interval = 20" >> /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.neigh.default.base_reachable_time_ms = 40000" >> /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.neigh.网络接口名.gc_stale_time = 120" >> /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.neigh.网络接口名.gc_interval = 20" >> /etc/sysctl.conf echo "net.ipv4.neigh.网络接口名.base_reachable_time_ms = 40000" >> /etc/sysctl.conf

然后运行sysctl -p来应用这些更改。

4、手动清理ARP缓存

在Linux系统中，可以通过几种不同的方法完成，这些方法都需要管理员权限。下面是一些常用的命令和方法：

ip 命令是最常用的工具之一，用于配置和管理网络接口、路由表和ARP缓存等。要清理ARP缓存，可以使用以下命令：

sudo ip neigh flush all

这个命令会清除所有ARP表项。如果你只想清除特定网络接口的ARP缓存，可以指定接口名，如：

sudo ip neigh flush dev eth0

这将只清除eth0网络接口的ARP缓存。

尽管arp命令在最新的Linux发行版中可能已经不被推荐使用，取而代之的是ip neigh，但在系统中仍然可以使用它来管理ARP缓存。要使用arp命令清理ARP缓存，可以执行：

sudo arp -d *

这个命令会尝试删除所有ARP表项。对于某些系统，可能需要指定每个具体的IP地址来删除对应的ARP条目：

sudo arp -d 192.168.1.1

5、案例演示

修改base_reachable_time_ms，gc_stale_time 等等内核参数，演示下某一个arp缓存项，是分别在什么时间段后，以及什么情况下会进入到各种状态(包括reachable，stale，delay，probe，imcomplete，failed)，到最后该缓存项被删除。

为方便观察，调整如下内核参数：

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_thresh1 echo 10 >  /proc/sys/net/ipv4/neigh/ens33/delay_first_probe_time

本机ip：10.0.0.31

本机mac：00:0c:29:5b:e1:93

远端ip：10.0.0.10

远端mac:00:0c:29:74:a6:ee

（1）reachable状态

使用ping -c 1 10.0.0.10发送arp请求，缓存状态立即变为reachable。

（2）stale状态

等待30秒左右，无新的arp请求，缓存变为stale状态。

（3）删除状态，stale状态，无新arp访问请求，清理回收。

（4）delay状态，stale 状态的缓存项在被访问后进入 delay 状态

arp缓存标记为stale，重新执行ping -c 1 10.0.0.10状态变为 delay。

（5）probe状态，如果在 delay 状态期间，数据包需要发送给该目标地址，系统会开始主动探测该缓存项的可达性（发送 ARP 请求），此时状态为 probe。

（6）incomplete状态

关闭远端主机，在 probe 状态下未能成功收到ARP响应，缓存项会被标记为 incomplete。

（7）failed状态

在探测过程中没有收到 ARP 响应（通常经过多次重试），缓存项会进入 failed 状态。