proxy-arp引起的无法从DHCP获取到IP地址

公司采用电信光纤，分配了5个IP地址，为了方便使用，将光猫的网线直接接入到交换机中。

Cisco 2911路由器的的Outside和Inside的网络都从交换机中接线。

因为Cisco路由器默认是开启proxy-arp，所以当Outside收到广播的ARP信息后，因Inside的网段与广播的网段处于同一个网段，于是路由器就返回了Outside的的MAC地址。

当电脑使用DHCP从服务器获取IP后，检查到此IP地址已经与路由器上的Outside MAC绑定，于是DHCP就错误地认为此IP已经在使用，并标记为Dirty IP。于是客户端就无法获取到IP地址。

关于proxy-arp相关资料如下：

https://learningnetwork.cisco.com/docs/DOC-10774

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�_始�O�的�W路�h境就是同一�� C class 的�W域，例如 192.168.10.0/24 ， 後�硪�槟承┮蛩乇仨�要�⒛承┲�C搬到比�^�炔康沫h境中，例如�D一的 PC2 ~ PC4 。 然後又因�槟承┮蛩兀�所以你不能�更 PC2 ~ PC4 的 IP ，也就是�f，有�c像底下�@�拥�D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，“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?”
这里我已经修正过来了.路由器收到数据包还是先查路由表,然后查看发出去的下一跳地址ARP缓存表中是否有MAC地址,有则转发.

 

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？