arp源码 linux内核

ARP（Address Resolution Protocol）即地址解析协议，在Linux内核中，ARP用于将网络层的IP地址解析为数据链路层的MAC地址。

一、基础概念

工作原理
- 当主机要向本网络发送数据时，它先查看自己的ARP缓存，看目标IP地址是否有对应的MAC地址记录。如果有，则直接使用该MAC地址发送数据帧；如果没有，就广播一个ARP请求包，询问目标IP地址对应的MAC地址。网络中的其他主机收到这个ARP请求后，如果自己的IP地址与目标IP地址匹配，就回复一个包含自己MAC地址的ARP响应包。

数据结构
- 在Linux内核中，有专门的结构体来表示ARP相关的数据，例如arp_hdr结构体用于表示ARP协议头，包含了硬件类型（如以太网的值为1）、协议类型（如IPv4的值为0x0800）、硬件地址长度、协议地址长度、操作码（如ARP请求为1，ARP响应为2）、发送方硬件地址、发送方协议地址、目标硬件地址、目标协议地址等字段。

二、优势

高效的数据传输
- 使得IP数据报能够在局域网内准确地找到目标主机的MAC地址，从而实现快速的数据传输。如果没有ARP，直接根据IP地址进行数据传输是不可行的，因为网络设备需要基于MAC地址来转发数据帧。

减少网络开销
- 通过缓存ARP表项，可以避免频繁地发送ARP请求。一旦主机获取到了某个IP地址对应的MAC地址并缓存起来，在一定时间内就可以直接使用，不需要再次进行ARP查询。

三、类型（从不同角度看）

主动查询类型
- 如上述正常情况下主机主动发送ARP请求来获取目标IP对应的MAC地址。

被动响应类型
- 当主机收到其他主机的ARP请求时，如果自己是目标主机则进行响应。

四、应用场景

局域网通信
- 在以太网等局域网环境中，几乎所有的IP数据传输都需要先经过ARP协议来确定目标MAC地址。例如，在一个企业内部的办公网络中，当一台计算机要与另一台计算机进行文件共享或者发送邮件时，首先要通过ARP确定对方的MAC地址才能进行数据帧的发送。

五、常见问题及解决

ARP缓存中毒（ARP spoofing）
- 原因
  - 攻击者发送虚假的ARP响应包，使得被攻击主机将攻击者的MAC地址与合法主机的IP地址进行绑定。例如，在一个共享网络环境中，攻击者可以伪造自己为网关的MAC地址，从而截获被攻击主机发往网关的数据。
- 解决方法
  - 可以使用静态ARP绑定，在Linux系统中，可以使用arp -s命令将特定的IP地址和MAC地址进行静态绑定。例如：arp -s 192.168.1.1 00:11:22:33:44:55。还可以使用一些网络安全工具来检测和防范ARP欺骗，如arpwatch等。

ARP请求风暴（ARP request storm）
- 原因
  - 当网络中存在环路时，可能会导致大量的ARP请求在网络中不断循环转发。例如，在交换机网络中，如果配置错误形成了环路，ARP请求会在环路中的设备之间不断传播。
- 解决方法
  - 检查网络拓扑结构，消除环路。在交换机中，可以使用生成树协议（STP）来防止环路的形成。

关于Linux内核中的ARP源码研究：

查找位置
- 在Linux内核源码中，与ARP相关的代码主要分布在net/ipv4目录下。例如，arp.c文件包含了ARP协议的主要实现逻辑，包括ARP请求的发送、响应的处理以及ARP缓存的维护等功能。

示例分析（简单）
- 以下是一个非常简化的查看ARP缓存表的Linux内核代码片段（仅供参考理解原理，实际内核代码复杂得多）：

#include <linux/netdevice.h>
#include <linux/arp.h>
#include <linux/skbuff.h>

// 简单查看ARP缓存表（仅为示意）
void view_arp_cache(struct net_device *dev) {
    struct arptable *tbl = &arp_tbl;
    struct arp_entry *entry;

    list_for_each_entry(entry, &tbl->entries, hash) {
        if (entry->ipaddr == inet_addr("192.168.1.1")) {
            printk(KERN_INFO "IP: 192.168.1.1, MAC: %pM
", entry->mac);
        }
    }
}

请注意，直接修改内核中的ARP源码是非常危险的操作，除非是在深入研究内核或者定制特殊网络功能的情况下，并且需要经过严格的测试。