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01-ARP配置
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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。
在局域网中，当主机或其他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数据报文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。
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。
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数据包进行帧封装，并将数据包发送给主机B。
(2) 如果主机A在ARP表中找不到对应的MAC地址，则将缓存该数据报文，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数据包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。
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地址到MAC地址的映射表项，以用于后续到同一目的地报文的转发。
ARP表项分为动态ARP表项和静态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down时会删除相应的动态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表项分为长静态ARP表项和短静态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。短静态ARP表项不能直接用于报文转发，当要发送IP数据包时，先发送ARP请求报文，如果收到的响应报文中的源IP地址和源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，之后就可以用于IP数据包的转发。
· 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。
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。
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操作 |
命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
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手工添加静态ARP表项 |
手工添加长静态ARP表项 |
arp static ip-address mac-address vlan-id interface-type interface-number |
两者必选其一 |
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手工添加短静态ARP表项 |
arp static ip-address mac-address |
||
· 参数vlan-id用于指定ARP表项所对应的VLAN，vlan-id必须是用户已经创建好的VLAN的ID，且vlan-id参数后面指定的以太网端口必须属于这个VLAN。VLAN对应的VLAN接口必须已经创建。
· 指定参数vlan-id和ip-address的情况下，参数vlan-id对应的VLAN接口的IP地址必须和参数ip-address指定的IP地址属于同一网段。
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表项的最大数目来进行限制。当接口学习动态ARP表项的最大数目达到所设置的值时，该接口将不再学习动态ARP表项。
表1-2 配置接口学习动态ARP表项的最大数目
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操作 |
命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
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进入接口视图 |
interface interface-type interface-number |
- |
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配置接口允许学习动态ARP表项的最大数目 |
arp max-learning-num number |
可选 缺省情况下，二层接口不对允许学习动态ARP表项的最大数目进行限制，三层接口允许学习动态ARP表项的最大数目为256 当配置接口允许学习动态ARP表项的最大数目为0时，表示禁止接口学习动态ARP表项 |
如果二层接口及其所属的VLAN三层接口都配置了允许学习动态ARP表项的最大数目，则以数目小的进行限制。
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老化时间，到达老化时间仍得不到刷新的记录将被从ARP表中删除。如果在到达老化时间前记录被刷新，则重新计算老化时间。用户可以根据网络实际情况调整老化时间。
表1-3 配置动态ARP的老化时间
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操作 |
命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
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配置动态ARP的老化时间 |
arp timer aging aging-time |
可选 缺省情况下，动态ARP的老化时间为20分钟 |
动态ARP表项检查功能可以控制设备上是否可以学习MAC地址为组播MAC的动态ARP表项。
· 使能ARP表项的检查功能后，设备上不能学习MAC地址为组播MAC的动态ARP表项。
· 关闭ARP表项的检查功能后，设备上可以学习MAC地址为组播MAC的动态ARP表项。
表1-4 使能动态ARP表项的检查功能
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操作 |
命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
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使能动态ARP表项的检查功能 |
arp check enable |
可选 缺省情况下，使能动态ARP表项的检查功能 |
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表中的ARP表项。
表1-5 ARP显示和维护
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操作 |
命令 |
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显示ARP表项 |
display arp [ [ all | dynamic | static ] [ slot slot-number ] | vlan vlan-id | interface interface-type interface-number ] [ count ] [ | { begin | exclude | include } regular-expression ] |
|
显示指定IP地址的ARP表项 |
display arp ip-address [ slot slot-number ] [ | { begin | exclude | include } regular-expression ] |
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显示动态ARP表项的老化时间 |
display arp timer aging [ | { begin | exclude | include } regular-expression ] |
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清除ARP表 |
reset arp { all | dynamic | static | slot slot-number | interface interface-type interface-number } |
清除ARP表项，将取消IP地址和MAC地址的映射关系，可能导致设备无法正常通信。清除前请务必仔细确认。
· 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。
网络管理员希望通过某种方法来防止恶意用户对Switch进行ARP攻击，增加Switch和Router通信的安全性。如果Router的IP地址和MAC地址是固定的，则可以通过在Switch上配置静态ARP表项的方法，防止恶意用户进行ARP攻击。
图1-3 配置静态ARP表项组网图
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 link-type trunk
[Switch-GigabitEthernet1/0/1] port trunk permit 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 24
[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
IP Address MAC Address VLAN ID Interface Aging Type
192.168.1.1 00e0-fc01-0000 10 GE1/0/1 N/A S
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，报文源MAC地址是本机MAC地址，报文的目的MAC地址是广播地址。
设备通过对外发送免费ARP报文来实现以下功能：
· 确定其他设备的IP地址是否与本机的IP地址冲突。当其他设备收到免费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报文通知其他设备更新ARP表项。
使能了免费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（源IP地址、源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报文源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。
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他主机，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，导致其他主机用户无法正常访问网络。
为了尽量避免这种仿冒网关的ARP攻击，可以在网关的接口上使能定时发送免费ARP功能。使能该功能后，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。
(2) 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使能定时发送免费ARP功能。使能该功能后，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。
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命令 |
说明 |
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进入系统视图 |
system-view |
- |
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使能免费ARP报文学习功能 |
gratuitous-arp-learning enable |
可选 缺省情况下，设备免费ARP报文的学习功能处于开启状态 |
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使能收到非同一网段ARP请求时发送免费ARP报文功能 |
gratuitous-arp-sending enable |
可选 缺省情况下，设备收到非同一网段的ARP请求时不发送免费ARP报文 |
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进入接口视图 |
interface interface-type interface-number |
- |
|
使能定时发送免费ARP功能，并设置发送免费ARP报文的周期 |
arp send-gratuitous-arp [ interval milliseconds ] |
可选 缺省情况下，定时发送免费ARP功能处于关闭状态 |
· 配置定时发送免费ARP功能后，只有当接口链路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。
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