arp - Linux的ARP核心模块

描述

这个核心协议模块实现RFC826中定义的 Address Resolution Protocol [译注：即TCP/IP的第三层到第一层的地址转换协议]，用于在直接相连的网络中换第二层硬件地址和 Ipv4 协议地址之间的转换。用户除非想对其进行配置，否则一般不会直接操作这个模块。

实际上，它提供对核心中其它协议的服务。

用户进程可以使用 packet(7) 的 sockets，收到 ARP 包（译注：一译分组）。还有一种机制是使用 netlink(7) sockets，在用户空间管理 ARP 缓存的机制。我们也可以通过 ioctl (2) 控制任意 PF_INET socket上的 ARP 表

ARP 模块维护一个硬件地址到协议地址映射的缓存。这个缓存有大小限制，所以不常用的和旧的记录（Entry）将被垃圾收集器清除（garbage-collected），垃圾收集器永远不能删除标为永久的记录。我们可以使用ioctls直接操纵缓冲，并且其性状可以用下面定义的 sysctl 调节。

如果在限定的时间（见下面的sysctl）内，一条现存映射没有肯定反馈时，则认为相邻层的缓存记录失效。为了再次向目标发送数据，ARP将首先试着询问本地arp进程 app_solicit 次，获取更新了的 MAC（介质访问控制）地址。如果失败，并且旧的MAC地址是已知的，则发送 ucast_solicit 次的 unicast probe。如果仍然失败，则将向网络广播一个新的ARP请求,此时要有待发送数据的队列

如果 Linux 接到一个地址请求，而且该地址指向 Linux 转发的地址，并且接收接口打开了代理 arp 时，Linux 将自动添加一条非永久的代理 arp 记录；如果存在拒绝到目标的路由，则不添加代理 arp 记录。

IOCTLS

有三个 ioctl 可以用于所有 PF_INET 的 sockets 中。它们以一个指向 struct arpreq 的指针作为它们的参数。

struct arpreq

{

struct sockaddr arp_pa; /* 协议地址(protocol address)*/

struct sockaddr arp_ha; /* 硬件地址(hardware address) */

int arp_flags; /* 标志(flags) */

struct sockaddr arp_netmask;

/* 协议地址的网络掩码(netmask of protocol address)*/

char arp_dev[16];

};

SIOCSARP, SIOCDARP 和 SIOCGARP 可分贝设置、删除和获取 ARP 映射。设置和删除 ARP 映射是特许操作，只有拥有 CAP_NET_ADMIN 权限的进程或有效UID为0的进程可以执行。

arp_pa 必须是 AF_INET socket，并且 arp_ha 必须有和 arp_dev. 指定的设备相同的类型。 arp_dev 是个以null结束的设备名字符串。

arp_flags
标志(flag)	含义(meaning)
ATF_COM	查找完成(Lookup complete)
ATF_PERM	永久记录(Permanent entry)
ATF_PUBL	张贴记录(Publish entry)
ATF_USETRAILERS	要求使用后缀(Trailers requested)
ATF_NETMASK	使用网络掩码(Use a netmask)
ATF_DONTPUB	不回复(Don't answer)

如果设置了 ATF_NETMASK 标志，那么 arp_netmask 必须有效。 Linux 2.2 不支持代理网络 ARP 记录，因此，要设成0xffffffff或者0，以删除现存代理arp记录。这里不使用现存代理arp记录。 ATF_USETRAILERS 已经过时了，不应该继续使用。

SYSCTLS

ARP 支持一个 sysctl 接口，可以用以配置全局参数或逐个网络接口地进行配制。该 sysctl 可以通过 /proc/sys/net/ipv4/neigh/*/* 文件或者使用 sysctl(2) 接口来访问。系统中每个接口都在 /proc/sys/net/ipv4/neigh/. 中有自己的目录。`default'目录中的设置用于所有新建的设备。 sysctl 相关的时间是以秒为单位，除非特别声明过．

anycast_delay: 对 IPv6 相邻请求信息的回复的最大延迟时间；目前还不支持 anycast。缺省值为1秒。
app_solicit: 这是在使用多路广播探测(multicast probe)前，经过网络连接送到用户间隙ARP端口监控程序的探测（probe）最大数目(见 mcast_solicit )。缺省值为0。
base_reachable_time: 一旦发现相邻记录，至少在一段介于 base_reachable_time/2和3*base_reachable_time/2 之间的随机时间内，该记录是有效的。如果收到上层协议的肯定反馈，那么记录的有效期将延长。缺省值是30秒。
delay_first_probe_time: 发现某个相邻层记录无效(stale)后，发出第一个探测要等待的时间。缺省值是5秒。
gc_interval: 收集相邻层记录的无用记录的垃圾收集程序的运行周期，缺省为30秒。
gc_stale_time: 决定检查一次相邻层记录的有效性的周期。当相邻层记录失效时，将在给它发送数据前，再解析一次。缺省值是60秒。
gc_thresh1: 存在于ARP高速缓存中的最少层数，如果少于这个数，垃圾收集器将不会运行。缺省值是128。
gc_thresh2: 保存在 ARP 高速缓存中的最多的记录软限制。垃圾收集器在开始收集前，允许记录数超过这个数字 5 秒。缺省值是 512。
gc_thresh3: 保存在 ARP 高速缓存中的最多记录的硬限制，一旦高速缓存中的数目高于此，垃圾收集器将马上运行。缺省值是1024。
locktime: ARP 记录保存在高速缓存内的最短时间（jiffy数），以防止存在多个可能的映射(potential mapping)时， ARP 高速缓存系统的颠簸 (经常是由于网络的错误配置而引起)。缺省值是 1 秒。
mcast_solicit: 在把记录标记为不可抵达的之前，用多路广播/广播（multicast/broadcast）方式解析地址的最大次数。缺省值是3。
proxy_delay: 当接收到有一个请求已知的代理 ARP 地址的 ARP 请求时，在回应前可以延迟的 jiffy（时间单位，见BUG）数目。这样，以防止网络风暴。缺省值是0.8秒。
proxy_qlen: 能放入代理 ARP 地址队列(proxy-ARP addresses)的数据包最大数目。缺省值是64。
retrans_time: 重发一个请求前的等待 jiffy（时间单位，见BUG）的数目。缺省值是1秒。
ucast_solicit: 询问ARP端口监控程序前，试图发送单探测（unicast probe）的次数。 (见 app_solicit). 缺省值是3秒。
unres_qlen: 每个没有被其它网络层解析的地址，在队列中可存放包的最大数目。缺省值是3.

BUGS

时钟设置的时间单位 jiffy，跟硬件体系有关。在 Alpha 上，一个 jiffy 是 1/1024 秒，而在其它机器上，是 1/100 秒。

目前还没有办法从用户空间发送肯定反馈。这意味着在用户空间实现的面向连接的协议（connection oriented protocols）将产生大量的 ARP 通讯。因为ndisc将重新探测MAC地址。内核 NFS 的实现也存在同样的问题。