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1 ARP

1.1 ARP简介

1.1.1 ARP作用

1.1.2 ARP报文结构

1.1.3 ARP地址解析过程

1.1.4 ARP表

1.2 配置ARP

1.2.1 手工添加静态ARP表项

1.2.2 手工添加多端口ARP表项

1.2.3 配置设备学习动态ARP表项的最大个数

1.2.4 配置接口学习动态ARP表项的最大个数

1.2.5 配置动态ARP表项的老化时间

1.2.6 启用动态ARP表项的检查功能

1.2.7 开启ARP日志信息功能

1.3 ARP显示和维护

1.4 ARP典型配置举例

1.4.1 静态ARP表项配置举例

1.4.2 多端口ARP表项配置举例

2 免费ARP

2.1 免费ARP简介

2.2 配置免费ARP

2.3 启用源IP地址冲突提示功能

3 代理ARP

3.1 代理ARP简介

3.2 配置代理ARP功能

3.3 代理ARP显示和维护

3.4 代理ARP典型配置举例

3.4.1 代理ARP配置举例

4 ARP Snooping

4.1 ARP Snooping简介

4.1.1 作用

4.1.2 工作机制

4.2 配置ARP Snooping

4.3 ARP Snooping显示和维护

1 ARP

1.1  ARP简介

1.1.1  ARP作用

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是将IP地址解析为以太网MAC地址（或称物理地址）的协议。

在网络中，当主机或其它网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时，它必须知道对方的网络层地址（即IP地址）。但是仅仅有IP地址是不够的，因为IP数据报必须封装成帧才能通过物理网络发送，因此发送站还必须有接收站的物理地址，所以需要一个从IP地址到物理地址的映射。ARP就是实现这个功能的协议。

1.1.2  ARP报文结构

ARP报文分为ARP请求和ARP应答报文，报文格式如图1-1所示。

图1-1 ARP报文结构

·     硬件类型：表示硬件地址的类型。它的值为1表示以太网地址；

·     协议类型：表示要映射的协议地址类型。它的值为0x0800即表示IP地址；

·     硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4；

·     操作类型（OP）：1表示ARP请求，2表示ARP应答；

·     发送端MAC地址：发送方设备的硬件地址；

·     发送端IP地址：发送方设备的IP地址；

·     目标MAC地址：接收方设备的硬件地址；

·     目标IP地址：接收方设备的IP地址。

1.1.3  ARP地址解析过程

假设主机A和B在同一个网段，主机A要向主机B发送信息。如图1-2所示，具体的地址解析过程如下：

(1)     主机A首先查看自己的ARP表，确定其中是否包含有主机B对应的ARP表项。如果找到了对应的MAC地址，则主机A直接利用ARP表中的MAC地址，对IP数据报进行帧封装，并将IP数据报发送给主机B。

(2)     如果主机A在ARP表中找不到对应的MAC地址，则将缓存该IP数据报，然后以广播方式发送一个ARP请求报文。ARP请求报文中的发送端IP地址和发送端MAC地址为主机A的IP地址和MAC地址，目标IP地址和目标MAC地址为主机B的IP地址和全0的MAC地址。由于ARP请求报文以广播方式发送，该网段上的所有主机都可以接收到该请求，但只有被请求的主机（即主机B）会对该请求进行处理。

(3)     主机B比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目标IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的发送端（即主机A）的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP响应报文给主机A，其中包含了自己的MAC地址。

(4)     主机A收到ARP响应报文后，将主机B的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将IP数据报进行封装后发送出去。

图1-2 ARP地址解析过程

当主机A和主机B不在同一网段时，主机A就会先向网关发出ARP请求，ARP请求报文中的目标IP地址为网关的IP地址。当主机A从收到的响应报文中获得网关的MAC地址后，将报文封装并发给网关。如果网关没有主机B的ARP表项，网关会广播ARP请求，目标IP地址为主机B的IP地址，当网关从收到的响应报文中获得主机B的MAC地址后，就可以将报文发给主机B；如果网关已经有主机B的ARP表项，网关直接把报文发给主机B。

1.1.4  ARP表

设备通过ARP解析到目的MAC地址后，将会在自己的ARP表中增加IP地址和MAC地址映射关系的表项，以用于后续到同一目的地报文的转发。

ARP表项分为动态ARP表项、静态ARP表项和OpenFlow ARP表项。

1. 动态ARP表项

动态ARP表项由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护，可以被老化，可以被新的ARP报文更新，可以被静态ARP表项覆盖。当到达老化时间、接口状态down时，系统会删除相应的动态ARP表项。

2. 静态ARP表项

静态ARP表项通过手工配置和维护，不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。

配置静态ARP表项可以增加通信的安全性。静态ARP表项可以限制和指定IP地址的设备通信时只使用指定的MAC地址，此时攻击报文无法修改此表项的IP地址和MAC地址的映射关系，从而保护了本设备和指定设备间的正常通信。

静态ARP表项分为短静态ARP表项、长静态ARP表项和多端口ARP表项。

·     在配置长静态ARP表项时，除了配置IP地址和MAC地址项外，还必须配置该ARP表项所在VLAN和出接口。长静态ARP表项可以直接用于报文转发。

·     在配置短静态ARP表项时，只需要配置IP地址和MAC地址项。如果出接口是VLAN虚接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发，需要对表项进行解析：当要发送IP数据报时，设备先发送ARP请求报文，如果收到的响应报文中的发送端IP地址和发送端MAC地址与所配置的IP地址和MAC地址相同，则将接收ARP响应报文的接口加入该静态ARP表项中，此时，该短静态ARP表项由未解析状态变为解析状态，之后就可以用于报文转发。

·     配置多端口ARP表项时，除了配置IP地址和MAC地址外，还必须配置该ARP表项所在的VLAN，当多端口ARP表项中的MAC地址和VLAN信息与组播MAC地址表项中的MAC地址和VLAN相同时，该多端口ARP表项可用来指导IP转发。多端口ARP表项通过手工配置和维护，不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。组播MAC的相关介绍，请参见“IP组播”的“IGMP snooping”。

一般情况下，ARP动态执行并自动寻求IP地址到以太网MAC地址的解析，无需管理员的介入。当希望设备和指定用户只能使用某个固定的IP地址和MAC地址通信时，可以配置短静态ARP表项，当进一步希望限定这个用户只在某VLAN内的某个特定接口上连接时就可以配置长静态ARP表项。

3. OpenFlow ARP表项

OpenFlow ARP表项由OpenFlow添加，不会被老化，不能通过ARP报文更新，可以被静态ARP表项覆盖。可以直接用于转发报文。关于OpenFlow的介绍，请参见“OpenFlow”中的“OpenFlow”。

1.2  配置ARP

1.2.1  手工添加静态ARP表项

静态ARP表项在设备正常工作时间一直有效，当设备的ARP表项所对应的VLAN或VLAN接口被删除时，如果是长静态ARP表项则被删除，如果是已经解析的短静态ARP表项则重新变为未解析状态。

对于已经解析的短静态ARP表项，也会由于外部事件，比如解析到的出接口状态down等原因，恢复到未解析状态。

对于长静态ARP表项，根据设备的当前状态可能处于有效或无效两种状态。处于无效状态的原因可能是该ARP表项中的IP地址与本地IP地址冲突，或者设备上没有与该ARP表项中的IP地址在同一网段的接口地址。处于无效状态的长静态ARP表项不能指导报文转发。

表1-1 手工添加静态ARP表项

1.2.2  手工添加多端口ARP表项

多端口ARP表项由组播MAC地址表项指定VLAN和出端口，由多端口ARP表项指定IP地址。多端口ARP表项可以覆盖其它动态、短静态和长静态ARP表项；短静态或长静态ARP表项也可以覆盖多端口ARP表项。组播MAC的相关内容，请参见“IP组播命令参考/IGMP snooping”中的命令mac-address multicast。

当多端口ARP表项中IP地址与VLAN虚接口的IP地址属于同一网段，且存在对应的组播MAC时，该多端口ARP表项才能正常指导转发。

表1-2 手工添加多端口ARP表项

1.2.3  配置设备学习动态ARP表项的最大个数

设备可以通过ARP协议自动生成动态ARP表项。为了防止用户占用过多的ARP资源，可以通过设置设备学习动态ARP表项的最大个数来进行限制。当设备学习动态ARP表项的个数达到所设置的值时，该设备上将不再学习动态ARP表项。

表1-3 配置设备学习动态ARP表项的最大个数

1.2.4  配置接口学习动态ARP表项的最大个数

设备可以通过ARP协议自动生成动态ARP表项。为了防止部分接口下的用户占用过多的ARP资源，可以通过设置接口学习动态ARP表项的最大个数来进行限制。当接口学习动态ARP表项的个数达到所设置的值时，该接口将不再学习动态ARP表项。

如果二层接口及其所属的VLAN接口都配置了允许学习动态ARP表项的最大个数，则只有二层接口及VLAN接口上的动态ARP表项个数都没有超过各自配置的最大值时，才会学习ARP表项。

表1-4 配置接口学习动态ARP表项的最大数目

1.2.5  配置动态ARP表项的老化时间

为适应网络的变化，ARP表需要不断更新。ARP表中的动态ARP表项并非永远有效，每一条记录都有一个生存周期，到达生存周期仍得不到刷新的记录将从ARP表中删除，这个生存周期被称作老化时间。如果在到达老化时间前纪录被刷新，则重新计算老化时间。

表1-5 配置动态ARP表项的老化时间

1.2.6  启用动态ARP表项的检查功能

动态ARP表项检查功能可以控制设备上是否可以学习ARP报文中的发送端MAC地址为组播MAC的动态ARP表项。

·     启用ARP表项的检查功能后，设备上不能学习ARP报文中发送端MAC地址为组播MAC的动态ARP表项，也不能手工添加MAC地址为组播MAC的静态ARP表项。

·     关闭ARP表项的检查功能后，设备可以学习以太网源MAC地址为单播MAC且ARP报文中发送端MAC地址为组播MAC的动态ARP表项，也可以手工添加MAC地址为组播MAC的静态ARP表项。

表1-6 启用动态ARP表项的检查功能

1.2.7  开启ARP日志信息功能

ARP日志是为了满足网络管理员审计的需要，对处理ARP报文的信息进行的记录，包括设备未使能ARP代理功能时收到目的IP不是设备接口IP地址或NAT转换的外部网络地址；收到的ARP报文中源地址和接收接口IP地址或NAT转换的外部网络地址冲突，且此报文不是ARP请求报文等。

设备生成的ARP日志信息会交给信息中心模块处理，信息中心模块的配置将决定日志信息的发送规则和发送方向。关于信息中心的详细描述请参见“网络管理和监控配置指导”中的“信息中心”。

在ARP特性的运行过程中会产生各种ARP相关的日志信息，此功能可以控制当前设备是否输出ARP日志信息。

表1-7 开启ARP日志信息功能

1.3  ARP显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后ARP的运行情况，通过查看显示信息验证配置的效果。

在用户视图下，用户可以执行reset命令清除ARP表项。

表1-8 ARP显示和维护

1.4  ARP典型配置举例

1.4.1  静态ARP表项配置举例

1. 组网需求

·     Switch连接主机，通过接口GigabitEthernet1/0/1连接Router。接口GigabitEthernet1/0/1属于VLAN 10。

·     Router的IP地址为192.168.1.1/24，MAC地址为00e0-fc01-0000。

为了增加Switch和Router通信的安全性，可以在Switch上为Router配置一条静态ARP表项，从而防止攻击报文修改此表项的IP地址和MAC地址的映射关系。

2. 组网图

图1-3 配置静态ARP表项组网图

3. 配置步骤

在Switch上进行下列配置。

# 创建VLAN 10。

<Switch> system-view

[Switch] vlan 10

[Switch-vlan10] quit

# 将接口GigabitEthernet1/0/1加入到VLAN 10中。

[Switch] interface GigabitEthernet 1/0/1

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] port access vlan 10

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] quit

# 创建接口Vlan-interface10，并配置IP地址。

[Switch] interface vlan-interface 10

[Switch-vlan-interface10] ip address 192.168.1.2 8

[Switch-vlan-interface10] quit

# 配置一条静态ARP表项，IP地址为192.168.1.1，对应的MAC地址为00e0-fc01-0000，此条ARP表项对应的出接口为属于VLAN 10的接口GigabitEthernet1/0/1。

[Switch] arp static 192.168.1.1 00e0-fc01-0000 10 GigabitEthernet 1/0/1

# 查看静态ARP表项信息。

[Switch] display arp static

  Type: S-Static   D-Dynamic   O-Openflow   M-Multiport  I-Invalid

IP address       MAC address     VLAN     Interface              Aging Type

192.168.1.1      00e0-fc01-0000  10       GE1/0/1                N/A   S

1.4.2  多端口ARP表项配置举例

1. 组网需求

·     Switch连接服务器群，通过属于VLAN 10的三个二层接口GigabitEthernet1/0/1、GigabitEthernet1/0/2和GigabitEthernet1/0/3分别连接三台服务器。

·     服务器群的共享IP地址为192.168.1.1/24，共享MAC地址为01e0-fc01-0000。

配置多端口ARP表项，使目的IP为192.168.1.1的IP数据报文能同时发送到三台服务器上。

2. 组网图

图1-4 配置多端口ARP表项组网图

3. 配置步骤

在Switch上进行下列配置。

# 创建VLAN 10。

<Switch> system-view

[Switch] vlan 10

[Switch-vlan10] quit

# 将接口GigabitEthernet1/0/1、GigabitEthernet1/0/2、GigabitEthernet1/0/3加入到VLAN 10中。

[Switch] interface GigabitEthernet 1/0/1

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] port access vlan 10

[Switch-GigabitEthernet1/0/1] quit

[Switch] interface GigabitEthernet 1/0/2

[Switch-GigabitEthernet1/0/2] port access vlan 10

[Switch-GigabitEthernet1/0/2] quit

[Switch] interface GigabitEthernet 1/0/3

[Switch-GigabitEthernet1/0/3] port access vlan 10

[Switch-GigabitEthernet1/0/3] quit

# 创建接口Vlan-interface10，并配置IP地址。

[Switch] interface vlan-interface 10

[Switch-vlan-interface10] ip address 192.168.1.2 24

[Switch-vlan-interface10] quit

# 配置静态组播MAC表项，MAC地址为01e0-fc01-0000，对应的出接口为GigabitEthernet1/0/1、GigabitEthernet1/0/2和GigabitEthernet1/0/3，接口属于VLAN 10。

[Switch] mac-address multicast 01e0-fc01-0000 interface GigabitEthernet 1/0/1 to GigabitEthernet 1/0/3 vlan 10

# 配置一条多端口ARP表项，IP地址为192.168.1.1，对应的MAC地址为01e0-fc01-0000。

[Switch] arp multiport 192.168.1.1 01e0-fc01-0000 10

# 查看ARP表项信息。

[Switch] display arp

  Type: S-Static   D-Dynamic   O-Openflow   M-Multiport  I-Invalid

IP address       MAC address     VLAN     Interface              Aging Type

192.168.1.1      01e0-fc01-0000  10       N/A                    N/A   M

2 免费ARP

2.1  免费ARP简介

免费ARP报文是一种特殊的ARP报文，该报文中携带的发送端IP地址和目标IP地址都是本机IP地址。

设备通过对外发送免费ARP报文来实现以下功能：

·     确定其它设备的IP地址是否与本机的IP地址冲突。当其它设备收到免费ARP报文后，如果发现报文中的IP地址和自己的IP地址相同，则给发送免费ARP报文的设备返回一个ARP应答，告知该设备IP地址冲突。

·     设备改变了硬件地址，通过发送免费ARP报文通知其它设备更新ARP表项。

1. 免费ARP报文学习功能的作用

启用了免费ARP报文学习功能后，设备会根据收到的免费ARP报文中携带的信息（发送端IP地址、发送端MAC地址）对自身维护的ARP表进行修改。设备先判断ARP表中是否存在与此免费ARP报文中的发送端IP地址对应的ARP表项：

·     如果没有对应的ARP表项，设备会根据该免费ARP报文中携带的信息新建ARP表项；

·     如果存在对应的ARP表项，设备会根据该免费ARP报文中携带的信息更新对应的ARP表项。

关闭免费ARP报文学习功能后，设备不会根据收到的免费ARP报文来新建ARP表项，但是会更新已存在的对应ARP表项。如果用户不希望通过免费ARP报文来新建ARP表项，可以关闭免费ARP报文学习功能，以节省ARP表项资源。

2. 定时发送免费ARP功能的作用

定时发送免费ARP功能可以及时通知下行设备更新ARP表项或者MAC地址表项，主要应用场景如下：

(1)     防止仿冒网关的ARP攻击

如果攻击者仿冒网关发送免费ARP报文，就可以欺骗同网段内的其它主机，使得被欺骗的主机访问网关的流量被重定向到一个错误的MAC地址，导致其它主机用户无法正常访问网络。

为了降低这种仿冒网关的ARP攻击所带来的影响，可以在网关的接口上启用定时发送免费ARP功能。启用该功能后，网关接口上将按照配置的时间间隔周期性发送接口主IP地址和手工配置的从IP地址的免费ARP报文。这样，每台主机都可以学习到正确的网关，从而正常访问网络。

·     防止主机ARP表项老化

在实际环境中，当网络负载较大或接收端主机的CPU占用率较高时，可能存在ARP报文被丢弃或主机无法及时处理接收到的ARP报文等现象。这种情况下，接收端主机的动态ARP表项会因超时而老化，在其重新学习到发送设备的ARP表项之前，二者之间的流量就会发生中断。

为了解决上述问题，可以在网关的接口上启用定时发送免费ARP功能。启用该功能后，网关接口上将按照配置的时间间隔周期性发送接口主IP地址和手工配置的从IP地址的免费ARP报文。这样，接收端主机可以及时更新ARP映射表，从而防止了上述流量中断现象。

2.2  配置免费ARP

配置免费ARP时，需要注意：

·     设备最多允许同时在1024个接口上启用定时发送免费ARP功能。

·     配置定时发送免费ARP功能后，只有当接口链路状态up并且配置IP地址后，此功能才真正生效。

·     如果修改了免费ARP报文的发送周期，则在下一个发送周期才能生效。

·     如果同时在很多接口下启用定时发送免费ARP功能，或者每个接口有大量的从IP地址，又或者是两种情况共存的同时又配置很小的发送时间间隔，那么免费ARP报文的发送频率可能会远远低于用户设定的时间间隔。

表2-1 配置免费ARP

2.3  启用源IP地址冲突提示功能

设备接收到其它设备发送的ARP报文后，如果发现报文中的源IP地址和自己的IP地址相同，该设备会根据当前源IP地址冲突提示功能的状态，进行如下处理：

·     如果源IP地址冲突提示功能处于关闭状态时，设备发送一个免费ARP报文确认是否冲突，如果收到对应的ARP应答后才提示存在IP地址冲突。

·     如果源IP地址冲突提示功能处于开启状态时，设备立刻提示存在IP地址冲突。

表2-2 启用源IP地址冲突提示功能

3 代理ARP

3.1  代理ARP简介

如果ARP请求是从一个网络的主机发往同一网段却不在同一物理网络上的另一台主机，那么连接它们的具有代理ARP功能的设备就可以回答该请求，这个过程称作代理ARP（Proxy ARP）。

代理ARP功能屏蔽了分离的物理网络这一事实，使用户使用起来，好像在同一个物理网络上。

代理ARP分为普通代理ARP和本地代理ARP，二者的应用场景有所区别：

·     普通代理ARP的应用场景为：想要互通的主机分别连接到设备的不同三层接口上，且这些主机不在同一个广播域中。

·     本地代理ARP的应用场景为：想要互通的主机连接到设备的同一个三层接口上，且这些主机不在同一个广播域中。

如无特殊说明，本章后续描述中的代理ARP均指普通代理ARP。

3.2  配置代理ARP功能

代理ARP和本地代理ARP功能均可在VLAN接口视图下进行配置。

表3-1 配置代理ARP功能

表3-2 配置本地代理ARP功能

3.3  代理ARP显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后代理ARP的运行情况，查看显示信息验证配置的效果。

表3-3 代理ARP显示和维护

3.4  代理ARP典型配置举例

3.4.1  代理ARP配置举例

1. 组网需求

·     Host A和Host D配置为同一网段的主机（Host A的IP地址是192.168.10.100/16，Host D的IP地址是192.168.20.200/16），但却被设备Switch分在两个不同的子网（Host A属于VLAN 1，Host D属于VLAN 2）。

·     Host A和Host D没有配置缺省网关，要求在设备Switch上启用代理ARP功能，使处在两个子网的Host A和Host D能互通。

2. 组网图

图3-1 配置代理ARP组网图

3. 配置步骤

# 创建VLAN 2。

<Switch> system-view

[Switch] vlan 2

[Switch-vlan2] quit

# 配置接口Vlan-interface1的IP地址。

[Switch] interface vlan-interface 1

[Switch-Vlan-interface1] ip address 192.168.10.99 255.255.255.0

# 开启接口Vlan-interface1的代理ARP功能。

[Switch-Vlan-interface1] proxy-arp enable

[Switch-Vlan-interface1] quit

# 配置接口Vlan-interface2的IP地址。

[Switch] interface vlan-interface 2

[Switch-Vlan-interface2] ip address 192.168.20.99 255.255.255.0

# 开启接口Vlan-interface2的代理ARP功能。

[Switch-Vlan-interface2] proxy-arp enable

配置完成后，Host A和Host D可以互相ping通。

4 ARP Snooping

4.1  ARP Snooping简介

4.1.1  作用

ARP Snooping功能是一个用于二层交换网络环境的特性，通过侦听ARP报文建立ARP Snooping表项，从而提供给MFF（MAC-Forced Forwarding，MAC强制转发）手动方式使用。关于MFF的详细介绍，请参见“安全配置指导”中的“MFF”。

4.1.2  工作机制

设备上在一个VLAN中启用ARP Snooping后，该VLAN内所有端口接收的ARP报文会被上送到CPU。CPU对上送的ARP报文进行分析，获取ARP报文的发送端IP地址、发送端MAC地址、VLAN和入端口信息，建立记录用户信息的ARP Snooping表项。

ARP Snooping表项的老化时间为25分钟，有效时间为15分钟。如果一个ARP Snooping表项自最后一次更新后15分钟内没有收到ARP更新报文，则此表项开始进入失效状态，不再对外提供服务，其他特性查找此表项将会失败。当收到发送端IP地址和发送端MAC与已存在的ARP Snooping表项IP地址和MAC均相同的ARP报文时，此ARP Snooping表项进行更新，重新开始生效，并重新老化计时。当ARP Snooping表项达到老化时间后，则将此ARP Snooping表项删除。

如果ARP Snooping收到ARP报文时检查到相同IP的ARP Snooping表项已经存在，但是MAC地址发生了变化，则认为发生了攻击，此时ARP Snooping表项处于冲突状态，表项失效，不再对外提供服务，并在25分钟后删除此表项。

4.2  配置ARP Snooping

表4-1 配置ARP Snooping

4.3  ARP Snooping显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后ARP Snooping的运行情况，通过查看显示信息验证配置的效果。

在用户视图下，用户可以执行reset命令清除ARP Snooping表中的表项。

表4-2 ARP Snooping显示和维护