网络工程师必须了解的ARP知识

2019-07-16

动态ARP表项学习

大多数情况下，设备可以通过ARP协议动态学习和更新ARP表项。设备是如何进行动态学习的呢？其实动态ARP主要是通过广播ARP请求报文和单播ARP应答报文这两个过程完成地址解析的。

例如：小A和小C在一次聚会上互留了IP地址。如上图所示，小A需要与小C进行通信时，知道了小C的IP地址为10.1.1.3/24，判断后发现与自己在同一网段10.1.1.0/24，于是小A会广播发送一个ARP请求报文，请求小C的mac地址。

小C收到ARP请求报文后，会单播发送一个ARP应答报文，告诉对方自己的MAC地址是3-3-3。（在同一网段的小B也会收到ARP请求报文，但是由于ARP请求报文中的目的IP地址不是小B的IP地址，因此小B不会进行应答。）

小A收到ARP应答报文后，就会在自己的ARP表中增加一条动态表项：IP地址10.1.1.3对应MAC地址3-3-3，这样小A就可以与小C进行通信啦。

说明：一方面由于ARP表的容量限制，另一方面也为了保证动态ARP表项的准确性，PC或交换机会对学习到的动态ARP表项进行老化。交换机上动态ARP表项有一定的老化时间，缺省值是20分钟，一般建议使用缺省值。

设备上动态ARP表项到达老化时间后，设备会发送老化探测报文（即ARP请求报文），如果能收到ARP应答报文，则更新该动态ARP表项，本次老化探测结束；如果超过设置的老化探测次数后仍没有收到ARP应答报文，则删除该动态ARP表项，本次老化探测结束。

静态ARP表项配置

对于网络中的重要设备，如服务器等，我们可以在交换机上配置静态ARP表项。这样可以避免交换机上重要设备IP地址对应的ARP表项被ARP攻击报文错误更新，从而保证用户与重要设备之间正常通信。

静态ARP表项不会老化，不会被动态ARP表项覆盖。用户可以通过手工方式配置静态ARP表项

例如，网络中有一台重要的服务器，服务器的IP地址为172.16.10.2，MAC地址为0023-0045-0067。如果交换机与这台服务器相连的接口GE1/0/1处于二层模式，并加入VLAN100。这时可以在交换机上为服务器配置一条对应的ARP表项，具体配置如下。

<Quidway> system-view
[Quidway] vlan batch 100
[Quidway] interface vlanif 100
[Quidway-Vlanif100] ip address 172.16.10.1 24 //VLANIF接口的IP地址需要与静态ARP表项中的IP地址（172.16.10.2）同网段。
[Quidway-Vlanif100] quit
[Quidway] interface gigabitethernet 1/0/1
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] port link-type access
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] port default vlan 100 //接口GigabitEthernet1/0/1处于二层模式，需要加入VLAN100。
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] quit
[Quidway] arp static 172.16.10.2 0023-0045-0067 vid 100 interface gigabitethernet 1/0/1

还是上面的那台服务器，如果交换机与服务器相连的接口处于三层模式，这时在交换机上配置静态ARP表项，可以参考如下配置。

<Quidway> system-view
[Quidway] interface gigabitethernet 1/0/1
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] undo portswitch
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] ip address 172.16.10.1 24 //GigabitEthernet1/0/1的IP地址需要与静态ARP表项中的IP地址（172.16.10.2）同网段。
[Quidway-GigabitEthernet1/0/1] quit
[Quidway] arp static 172.16.10.2 0023-0045-0067 interface gigabitethernet 1/0/1

ARP代理（即Proxy ARP）

前面我们提到，主机进行动态ARP学习时，如果发现目的IP地址与自己在同一网段，会发送广播ARP请求报文进行ARP学习。但是呢，有些情况下两台主机虽然在同一网段，但不在同一广播域，目的主机是无法收到ARP请求报文的，因而也就无法成功学习到ARP表项。

在连接两台主机的交换机上使能ARP代理后，交换机相当于一个中介，Host_1发送ARP请求报文请求Host_2的MAC地址的时候，交换机会将自己的MAC地址告诉Host_1。这样Host_1发给Host_2的数据报文会先发给交换机，再由交换机转发给Host_2。

例如下面的三种情况，我们就可以用到ARP代理。

情况一：需要互通的主机Host_1与Host_2（主机上没有配置缺省网关）处于相同的网段但不在同一物理网络（即不在同一广播域）。由于在不同的广播域，Host_1发送的ARP请求报文Host_2是收不到的，这时可以在交换机的VLANIF10和VLANIF20接口上使能路由式Proxy ARP功能（arp-proxy enable），实现Host_1与Host_2之间的互通。

情况二：需要互通的主机Host_1与Host_2处于相同网段，并且属于相同VLAN，但是VLAN内接口IF_1与IF_2配置了端口隔离。由于IF_1与IF_2之间端口隔离，Host_1发送的ARP请求报文Host_2是收不到的，这时可以在Switch上关联了VLAN10的VLANIF接口上使能VLAN内Proxy ARP功能（arp-proxy inner-sub-vlan-proxy enable），实现Host_1与Host_2之间的三层互通。

情况三：需要互通的主机Host_1与Host_2处于相同网段，但属于不同VLAN。由于不在同一VLAN，Host_1发送的ARP请求报文Host_2当然也是收不到的，这时可以在Switch上关联了VLAN10和VLAN20的VLANIF30接口上使能VLAN间Proxy ARP功能（arp-proxy inter-sub-vlan-proxy enable），实现Host_1与Host_2之间的三层互通。

如何保证ARP表安全？

1、保证合法用户的ARP报文可以上送CPU处理

缺省情况下，为了保证CPU的正常运行，交换机对每种上送CPU的协议报文都设置了CPCAR值，对于超过CPCAR值的报文就会被丢弃。如果非法用户发送大量的ARP报文，就会导致合法用户的ARP报文无法上送CPU，也就无法正常生成ARP表项。

1.1、ARP报文限速功能

基于源MAC地址对ARP报文限速。

[HUAWEI] arp speed-limit source-mac maximum 10 //对于任意MAC地址，每秒最多允许10个ARP报文通过

基于源IP地址对ARP报文限速。

[HUAWEI] arp speed-limit source-ip maximum 10 //对于任意IP地址，每秒最多允许10个ARP报文通过

基于全局对ARP报文限速。

[HUAWEI] arp anti-attack rate-limit enable //开启ARP限速功能
[HUAWEI] arp anti-attack rate-limit packet 200 interval 10 //指定设备在10秒钟内最多允许上送200个ARP报文，超过限速值则丢弃

基于VLAN对ARP报文限速。

[HUAWEI-vlan3] arp anti-attack rate-limit enable //开启ARP限速功能
[HUAWEI-vlan3] arp anti-attack rate-limit packet 200 interval 10 //指定VLAN3在10秒钟内最多允许上送200个ARP报文，超过限速值则丢弃

基于接口对ARP报文限速。

[HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] arp anti-attack rate-limit enable //开启ARP限速功能
[HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] arp anti-attack rate-limit packet 200 interval 10 //指定接口GE0/0/1在10秒钟内最多允许上送200个ARP报文，超过限速值则丢弃

1.2、ARP Miss消息限速功能

如果网络中有用户向设备发送大量目标IP地址不能解析的IP报文（即路由表中存在该IP报文的目的IP对应的路由表项，但设备上没有该路由表项中下一跳对应的ARP表项），将导致设备触发大量的ARP Miss消息。这种触发ARP Miss消息的IP报文会被上送到CPU进行处理，设备会根据ARP Miss消息生成和下发大量临时ARP表项并向目的网络发送大量ARP请求报文，这样就增加了设备CPU的负担。

通过对ARP Miss消息进行限速，可以减少设备CPU的负担，这样合法用户的ARP报文就有可能会被上送处理。

基于源IP地址的ARP Miss消息限速。

[HUAWEI] arp-miss speed-limit source-ip maximum 60 //允许设备每秒最多处理同一个源IP地址触发的60个ARP Miss消息

在全局对ARP Miss消息限速。另外也可以基于VLAN或接口对ARP Miss消息限速。

[HUAWEI] arp-miss anti-attack rate-limit enable //开启ARP Miss限速功能
[HUAWEI] arp-miss anti-attack rate-limit packet 200 interval 10 //指定设备在10秒钟内最多允许上送200个ARP Miss消息，超过限速值则丢弃

1.3、出口ARP检测功能

出口ARP检测就是通过减少VLAN内广播报文较少CPU的负担。其核心原理是根据DHCP Snooping表查找目的IP地址对应的出接口，将ARP请求报文直接从查找到的出接口发送出去，减少VLAN内广播的ARP报文，从而减少CPU的负担。

出口ARP检测功能主要是为了减少网关设备处理的ARP报文个数。如图1所示，通过在L2switch上使能出口ARP检测功能，可以在L2switch广播ARP请求报文之前，查找DHCP Snooping绑定表，如果能够找到ARP报文中目的IP地址对应的出接口，则将ARP请求报文从找到的出接口发送出去，有效减少网关收到的ARP请求报文数量。

出口ARP检测功能配置方法如下：

[L2switch] dhcp enable //全局使能DHCP功能
[L2switch] dhcp snooping enable //全局使能DHCP Snooping功能
[L2switch] vlan 10 
[L2switch-vlan10] dhcp snooping enable 
[L2switch-vlan10] dhcp snooping arp security enable //使能出口ARP检测功能

2、保证ARP表项的正确性

2.1、防止仿冒网关攻击

提供下面几种方法防止仿冒网关的攻击

配置方法如下：

配置网关定时发送免费ARP报文。

[Gateway] arp gratuitous-arp send enable //使能发送免费ARP报文，默认是发送时间间隔是30秒

配置ARP防网关冲突检测。

[Gateway] arp anti-attack gateway-duplicate enable

配置ARP网关保护功能。

[L2switch] interface gigabitethernet 0/0/1 
[L2switch-GigabitEthernet0/0/1] arp filter source 10.1.1.1 //被保护的网关IP地址是10.1.1.1

2.2、防止仿冒合法用户攻击

ARP表项固化

fixed-mac：ARP报文中的MAC地址与ARP表中对应条目的MAC地址不符则丢弃。
fixed-all：ARP报文中的MAC地址、接口、VLAN信息和ARP表项中的信息任一不匹配则丢弃。
send-ack：设备对收到涉及MAC地址、VLAN、或接口信息修改的ARP报文时，先发送ARP请求报文，未收到回应则丢弃。

动态ARP检测功能

设备将根据DHCP Snooping绑定表对收到的ARP报文的IP地址、MAC地址、VLAN或接口信息与绑定表中记录的表项内容进行检查，不匹配则直接丢弃。

配置ARP表项固化，可以基于全局和接口分别进行配置。、

[Gateway] arp anti-attack entry-check fixed-mac enable //指定固化方式是fixed-mac

配置动态ARP检测功能，可以基于接口和VLAN分别进行配置。

[Gateway] vlan 10 
[Gateway-vlan10] arp anti-attack check user-bind enable

3、保证合法用户的ARP表项可以正常生成

限制可以学习的ARP表项数量

当发现某个接口下存在攻击者，占用大量ARP表资源时，通过限制该接口可以学习的ARP表项数量，可以避免ARP表被耗尽。当接口上学习到的ARP表达到指定的限制值时，该接口不再学习新的ARP表项。

ARP表项严格学习

只有本设备主动发送的ARP请求报文的应答报文才能触发本设备进行ARP学习，其他设备主动向本设备发送的ARP报文不能触发本设备进行ARP学习。

配置方法如下：

限制ARP表项。

[HUAWEI] interface gigabitethernet 0/0/1 
[HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] arp-limit vlan 10 maximum 20 //配置接口GE0/0/1最多可以学习到20个VLAN10内的动态ARP表项

配置ARP表项严格学习。

[HUAWEI] arp learning strict //配置ARP表项严格学习

查看ARP表

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