知识点之ARP相关

giant1st

ARP工作在哪一层？ 二层，三层都有道理，2.5层吧！！


很多教科书和培训教材上，都把ARP协议划分到网络层。我想主要的原因在于ARP协议属于TCP/IP协议簇，而在TCP/IP模型中，所有定义的协议至少是在网际层（或称网络层，IP层）。
但是，按照OSI的标准,当数据向下传递时,每层会加上自己的信息,各层互不干扰.这样当网络层的IP包进入链路层时,链路层该如何加这个头部的目标信息 呢?它要依靠ARP协议来完成.显然如何加链路头并不是网络层的功能.而且，ARP协议工作时，并不使用IP的包头。所以也有很多人说，ARP是链路层 的。
可以说，在TCP/IP模型中，ARP协议属于IP层；在OSI模型中，ARP协议属于链路层。
在sniffer软件中，捕获协议数据时，如果使用IP地址是无法捕获到ARP包的，因为IP地址是ARP协议的载荷，不在包头中。但ARP协议的载荷 中，也并不包含任何上层的IP数据包。所以，构造和使用ARP协议的主体理解IP地址。从这个角度考虑，将ARP协议划分到IP层也有一定道理。
总之，具体到某个协议，它到底属于哪一层，并不是那么严格。到目前为止，理解到此。

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免费ARP包
免费ARP包是标准ARP请求包的特例，目的MAC地址仍是二层广播地址FFFF-FFFF-FFFF，源MAC地址是发送ARP请求主机的MAC地址，然而，源IP和目的IP都是发送主机的IP。这就是免费ARP包和标准ARP请求包的区别。
主要有两个用途：

 

1）免费arp可以用于检查重复地址，一个设备可以向自己的IP地址发送ARP请求，如果收到ARP响应则表明存在重复地址

2）免费arp还可以用于通告一个新的数据链路标识，当一个设备收到一个arp请求，如果arp高速缓存中以及有发送者的IP地址，那么与此IP地址相对应的硬件地址将会被发送者新的硬件地址所更新，这种免费arp用途时基于此事实。
通过这个功能，足可看出ARP机制的脆弱性。《TCP/IP详解 卷1：协议》第45页23行有这么一句话：“主机接收到任何ARP请求都要完成这个操作”，唉，这就是ARP攻击泛滥的根本原因。不知何时才能得到纠正，全世界统一升级二层ARP协议是个难题。

代理ARP：
三层交换机只有一个MAC地址。。
1.ARP
首先讲到ARP，ARP是地址解析协议，它的作用是在以太网环境下，通过3层的IP地址来找寻2层的MAC地址，得到一张ARP缓存表。转发数据的时候根据ARP缓存表来进行传输。下图详细说明数据传输时ARP是如何一步步操作的。
在配置IP地址后，不做任何ping操作，ARP缓存表是这样的：



当PC去ping R1的时候，你会发现第一个丢包了。像这样
R1#ping 192.168.1.2
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.2, timeout is 2 seconds:
.!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 8/25/56 ms

第一个包其实是做ARP请求去了。PC发现ping的是本网段，会发出ARP广播，向R1请求192.168.1.2的MAC地址。得到回应后ARP表会添加ARP请求得来的相应内容。




PC：这个时候PC再去ping 10.1.1.3会发现ping的不是本网段，由于PC没有路由功能所以不知道该往哪里发送，会按照之前已经配好的默认网关发送出去，一般默认网关会配置 成路由器的接口IP，在这里是192.168.1.2。查看ARP缓存表发现了192.168.1.2对应的MAC地址，就把包交给路由器处理了。

R1：路由器收到去往10.1.1.0网段的数据包会查询路由表，首先查看路由表发现数据该发往FastEthernet 0/1
#show ip route
C    10.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/1
然后查看ARP表是否有下一跳10.1.1.3的MAC地址信息，如果有则按MAC把数据发到下一跳；如果没有则发出ARP查询，查询后获得下一跳地址10.1.1.3的MAC地址，存到ARP缓存表中，然后转发。


数据包发送到R2（已做好静态路由）。同理数据包返回，成功ping通。



2.代理ARP
“什么是代理ARP？代理ARP就是通过使用一个主机(通常为router),来作为指定的设备对另一设备的ARP请求作出应答。”这个可以说是一个官方解释了。大家可以用同一个拓扑来验证一下，在这里我们最常使用Router关闭路由功能来模拟成PC完成这个实验（左方PC为路由器模拟，在做此实验前请把前一实验的ARP信息清除，建议重启）：


PC上不配置默认网关，此时用PC去ping 192.168.1.2和10.1.1.3。会得到以下ARP表

由此可见，PC发出ARP请求10.1.1.3的MAC地址，R2以自己的FastEthernet0/0口地址代理R3去回应PC，告诉PC自己的FastEthernet0/0就是10.1.1.3的MAC地址。
结论：有默认网关的的时候PC按默认网关走，没有默认网关的时候路由器通过代理ARP完成通信。
到目前为止一切都看起来那么的合理，那么的顺利。这个实验是一些培训班常做的实验之一。其实，错了！

问题出在哪里？问题就出在我们是用一台路由器去模拟PC。不管是否关闭路由功能，它始终不是PC，它处理数据的方式与PC也不一样。请大家思考一下，如果是一台PC，在没有默认网关的情况下去ping一个非本网段地址，会出现什么情况？

在没有默认网关的情况下ping一个非本网段地址，显示目标网络不可达，然后直接丢包，根本不会发出ARP查询。
PC在什么时候会发出ARP查询呢？ping一个本网段地址的时候（大家可以抓包来验证一下）。其实就是思科文档的这种情况了：


看清楚了，PC-A的IP地址是/16位，PC-D的IP地址是/24位，所以当PC-A去ping PC-D的时候，PC-A认为是ping同一个网段，会发出ARP请求，这个时候ARP请求就到了路由器上了。路由器如果开启了代理ARP功能，会代替 PC-D给PC-A回应，告诉PC-A路由器的e0口MAC地址00-00-0c-94-36-ab就是PC-D的MAC地址，完成代理ARP操作，保护 了PC-D的MAC地址隐私。

我认同这种说法，是合情合理的。但是不禁有个问题，谁会用这么脑残的方法配置IP地址呢？好吧，就当是有。
以下转自鸟哥的Linux私房菜：
“如果你一開始設計的網路環境就是同一個 C class 的網域，例如 192.168.10.0/24 ， 後來因為某些因素必須要將某些主機搬到比較內部的環境中，例如圖一的 PC2 ~ PC4 。 然後又因為某些因素，所以你不能變更 PC2 ~ PC4 的 IP ，也就是說，有點像底下這樣的圖示：”


代理ARP作为这种特殊情况的解决方案是无可厚非的，但是按道理说这种情况万中无一。既然这种情况出现的概率那么低，为什么要把代理ARP设置为默认启 动？这不是浪费资源吗？还存在ARP欺骗等安全隐患，完全可以把代理ARP功能设置为默认关闭。个人意见，有朋友知道原因请告知。


3.三层交换机不同网段关闭路由互通问题
破烂熊的问题：
一个三层交换机,f0/1设置成指定为pc同网段的网关的IP,f0/2指定为另一个网段的ip,关闭交换机的路由功能.pc可以ping通f0/2吗?

破烂熊的答案：
我用dy做实验是可以通的,
pc的目的和自己是不同网段的,pc通过arp学习到网关的mac后,发ping请求给网关,这个ping请求包是一个三层包,这个数据包的格式是 目标mac(网关的),源mac(pc的), 源IP(pc的),目标ip(f0/2的IP) 网关收到此包后检测数据帧的头部,发现是给自己的,于是解封装,除去帧头部,然后查看ip头部,网关发现目标IP和自己不是处于同一网段,由于三层已经没 有了路由功能,所以没有去查找路由表,正常情况下是先查找路由表的.在有过第一次的转发数据记录后才会去查看arp表而不是路由表,要不然一收到和自己不 网段的包就去找路由表,那arp表有啥用?于是通过查找找到了此IP已经被解析的mac,因为是交换机自身的接口配的IP的地址,当然是存在在路由器 arp中的.也就是说这个目标的ip是不需要学习就可以找到的.查找到后就对帧进行重新封装.然后返回给pc,
纯个人见解,有不同看法的请指证......


个人认为非常正确，说的很透彻。但是有一点保留意见，“正常情况下是先查找路由表的”
我认为路由器会先查询ARP缓存表，缓存没有匹配消息才会查询路由表。
“有过第一次的转发数据记录后才会去查看arp表而不是路由表”这点我的想法跟你相同。

还想补充一点的是，三层交换机只有一个MAC地址。所以以上问题的情况在三层交换机中的ARP缓存表会这样显示：

F0/1和F0/2对应的MAC地址是相同的。


最后留个问题：同样关闭路由功能的情况下，我在三层交换机上用F0/1去ping F0/2口能否通？