看清ARP 排除網絡故障技巧
2020-10-28 20:15:08
供稿：網友
我也發現這個問題所以，找了這篇arp導致網卡經常上不了網的問題
最近，我單位碰到一個非常奇怪的問題，一臺P4品牌電腦，內置英特爾網卡，一直以來用得挺好，瀏覽因特網，內網的通信都很正常。突然有一天，發現這臺計算機在瀏覽因特網時時通時斷，ping因特網上的地址時，也是通一下，斷一下，但ping內網時什么問題也沒有，和內網的通信也非常正常，就是和因特網通信時有這種現象，非常令人費解。這臺電腦的IP地址為192.168.24.55，防火墻的IP地址為192.168.24.7。
故障分析：檢查物理鏈路
我單位所有訪問因特網的電腦都是通過Netscreen NS25防火墻來連接的，如果說是防火墻的問題，那其他的電腦訪問因特網都挺正常，沒有時通時斷的現象。根據這臺電腦ping的現象來看，問題似乎應該在下三層，而時通時斷的現象好像是典型的物理層的問題，那么首先開始檢查鏈路。
這臺電腦接在一臺Cisco三層交換機的某一個端口上，防火墻也接在這臺三層交換機上，在三層交換機上啟用了路由，配置上肯定沒有問題。先檢查電腦到交換機的網線，如果說這根網線有問題，那么這臺電腦與內網的通信也應該有問題，通過對這根網線的測試證實沒有問題。防火墻到交換機的跳線就更應該沒有問題了，因為其他的電腦都沒有問題。由此可以判斷鏈路是沒有問題的，網卡會有問題嗎?肯定也不會，因為它跟內網的通信是正常的，所以網卡肯定也沒有問題。那么就可以排除物理層的問題了。
故障分析：模擬數據通信
再看網絡層，這臺電腦能夠訪問因特網，只不過有丟包而已，似乎網絡層也不應該有問題，那么所有問題似乎就集中在數據鏈路層了。數據鏈路層的問題會是哪里呢?思考了幾天，毫無頭緒，最后只好仔細地想一想網絡通信的過程，看能不能找到問題。
假設這臺電腦有一個數據包需要發送到因特網，那么首先它會檢查目的地址與本機地址是否在一個網絡中，如果不在一個網絡中，就會將數據包發送給默認網關。本案例中目的IP為因特網地址，肯定不在一個網絡中，所以數據包會發送給默認網關。在這里默認網關為那臺Cisco三層交換機，IP地址為192.168.24.10。這時192.168.24.55這臺電腦會檢查本機的ARP表，查找192.168.24.10所對應的MAC地址，如果在ARP表中沒有發現相應的ARP表項，它就會發送一個ARP請求包，并將它發送給網絡中的所有設備來獲得192.168.24.10的MAC地址。由于ARP請求包是以廣播方式發送的，網絡中的所有設備都會接收到這個包，然后傳送給網絡層檢驗。
當Cisco三層交換機接收到這個ARP請求時，就會檢查本機的IP地址和ARP請求包中的目的IP地址是否相同，如果相同，交換機就會做出ARP應答，將它的MAC地址發送給源，也就是192.168.24.55這臺電腦。這臺電腦收到ARP應答包后，就會將交換機的IP地址(192.168.24.10)和MAC地址寫入ARP表，然后將交換機的MAC地址作為目的MAC地址封裝到數據包中，并將數據包發送到交換機。交換機在收到數據包后，就會檢查目的IP是否在本網段中，若發現不在本網段中，就會查找路由表，看看有沒有到目的IP的路由條目，如果沒有，就會將數據包發送給默認路由。在本案例中這臺交換機的默認路由是那臺IP為192.168.24.7的防火墻。所以交換機就會發送一個ARP廣播，以獲得防火墻的MAC地址。防火墻做出ARP應答后，交換機就會將防火墻的MAC地址作為目的MAC地址封裝到數據包中，數據包就會發送到防火墻，然后防火墻就會又重復上述過程，將數據包發送給因特網上的目的地址。這一切過程都是正常的，沒有什么問題。在電腦和交換機的ARP表中都能找到相應的ARP記錄，用tracert命令跟蹤路由也是正常的。那問題究竟在什么地方呢?看來還得繼續分析。
故障分析：過濾ARP表
在數據包到達了因特網上的目的地址之后，響應的數據包要返回到這臺電腦，那么它也應該重復前面的過程。返回數據包先到達防火墻，在防火墻的ARP表中尋找目的IP地址所對應的MAC地址，如果沒有，就會發送ARP請求，得到目的電腦的MAC地址，將電腦的IP地址和MAC地址寫入防火墻的ARP表，封裝后發送給這臺電腦。這一切看起來都是正常的，但為什么會出現時通時斷的現象呢?由這臺電腦在內網都是正常的現象來判斷，在三層交換機上應該是沒有問題的，只是在訪問因特網時才出現問題，最后決定從防火墻上開始檢查。
Telnet上防火墻，檢查防火墻配置，一切正常;檢查端口，一切正常;檢查路由表，也是一切正常。疑惑中，似乎不知該從哪里下手了。突然間，想起來為了防止內網用戶盜用IP地址上網，在防火墻上做了IP地址和MAC地址的綁定!對，檢查ARP表。于是輸入命令get arp，顯示一大串ARP表的信息，竟然全部是IP地址和MAC地址的靜態綁定的信息，僅有一條動態的，那是防火墻的下一跳的IP地址和下一跳的MAC地址的信息，就是沒有192.168.24.55的ARP表項，難道是ARP表的問題?似乎看到了一線希望!
于是決定先清除幾個靜態綁定的ARP表項試試。先用unset arp命令一連清除了6條靜態綁定的ARP表項，然后在那臺電腦上ping因特網的地址，居然不丟包了!?困擾我幾天的問題難道就這樣解決了嗎?我簡直有點不敢相信，又讓我的同事在這臺電腦上面測試一下，登錄QQ，瀏覽網頁，收發郵件……居然一切正常，再也沒有原來時通時斷的現象了!再Telnet到防火墻上，執行get arp命令一看，192.168.24.55那臺電腦的ARP表項赫然在目。看來問題真的解決了!高興之余坐下來再好好想一想原因吧。
故障溯源
這臺Netscreen NS 25防火墻最多支持128個ARP表項，如果不進行靜態綁定，ARP表項會不斷地進行更新，超時的自動會刪掉，所以不會出現ARP表項被占滿的情況。而如果是靜態綁定，那么它永遠就不會被清除，永遠會占據一個ARP表項，留給動態使用的ARP表項空間就會越來越少，直到全部占滿，導致我所碰到的情況。那么既然如此，有朋友會問了，既然都占滿了，其他的電腦就會完全不通，為什么會出現時通時斷的現象呢?于是我將ARP表項數了一下，靜態綁定的剛好達到127個，剩下一個給防火墻的下一跳的地址占用了，注意這個是動態的，當它的更新時間到了之后，就被刪掉了，那臺電腦就占用了這個表項，于是網絡就通了，因為還有其他的電腦在不斷地訪問因特網，所以192.168.24.55的ARP表項一到達更新時間馬上就會被防火墻的下一跳的地址所占用，這時網絡就不通了。其實在這時，我單位的所有機器在訪問因特網時都會出現時通時斷的現象，只不過防火墻的下一跳的地址占用ARP表項的時間長，因特網中斷的時間在大家能夠忍受的范圍內，都沒有發覺罷了。因為防火墻的下一跳的地址占用ARP表項的時間長，192.168.24.55的ARP表項寫不進ARP表，產生超時，所以它不通的時間就長一些，就出現時通時斷的現象了。
