H3C Comware V7平台交换机普通代理ARP（proxy-arp）实现同网段终端跨越三层网络转发案例

初始10.1.1.0/24网段终端 PC1、PC2、PC3、PC4 均连接SW1，SW1的 Vlan-interface 10 作为PC1、PC2、PC3、PC4的网关，如 图1 所示：

图1

后续业务迁移，将PC3、PC4迁移连接到 SW2。迁移后，需要 PC3、PC4 的IP地址保持不变，且PC1、PC2、PC3、PC4 之间业务需要互通，如 图2 所示：

图2

按照 图2 的部署连接方式，SW1、SW2 均属于三层转发设备，使用12.1.1.0/30网段互联。跨越三层网络，要想实现同网段 PC1、PC2、PC3、PC4 之间业务互通，常见的思路是部署“叠加”Overlay网络。但考虑到“叠加”网络的部署。将在传统Underlay网络中，引用大量新技术特性，不便于用户网络的维护管理。因此使用传统的Underlay网络技术，实现业务需求。

在传统 Underlay 网络中，要想实现业务需求，可采用“普通代理ARP+静态路由”的方式部署实现，如 图3 所示：

图3

图3 关键配置为：

1、SW2上，同样创建Vlan-interface 10 ，其IP地址与SW1的Vlan-interface 10的地址一致（均为10.1.1.254/24）;

2、SW1的Vlan-interface 10作为PC1、PC2的网关使能普通代理ARP（proxy-arp enable）功能；

3、SW2的Vlan-interface 10作为PC3、PC4的网关使能普通代理ARP（proxy-arp enable）功能；

4、SW1上，配置去往PC3、PC4的32位主机静态路由；

5、SW2上，配置去往PC1、PC2的25位网段静态路由（SW1侧除PC1、PC2以外实际还存在同网段的其他主机，为减少SW2上部署静态路由的数量，因此使用25位网段静态路由）。

根据上述图3 方式部署后，已 PC1 访问 PC3 为例，我们来观察报文在网络中的转发过程，进而对“普通代理ARP+静态路由”的方式有初步了解：

第一步：初始PC1 没有 PC3 的ARP信息，由于PC1、PC3 IP地址属于同网段，因此 PC1 向网络发出ARP请求报文。

             当SW1收到该ARP请求后，由于Vlan-interface 10 使能普通代理ARP功能，因此SW1“替代”PC3回应ARP。

             MAC = 0000-1010-1111为SW1 Vlan-interface 10的MAC地址。

             此时SW1能够学习到PC1 的ARP表项，且SW1产生去往PC1的FIB转发表项。

             如 图4 所示：

图4

第二步：PC1 获取到SW1代理回应的ARP报文后，将去往PC3 的目的MAC封装为0000-1010-1111，发送相关业务报文（这里用ICMP报文说明）。

             SW1 收到PC1 发往 PC3 的业务报文（ICMP报文），查找本地FIB表项，确认转发出接口；

             SW1 有部署去往10.1.1.3的静态主机路由，因此FIB表项中存在相应转发表项，出接口为G1/0/12，去往SW2;

             ICMP报文经过SW1三层转发后，重新封装二层源目MAC地址;

             SW1 GE1/0/12 MAC = 0000-1212-1111 ; SW2 GE1/0/12 MAC = 0000-1212-2222。

             如 图5 所示：

图5

第三步：SW2收到业务报文（ICMP报文）后，查找本地FIB表项，确认转发出接口；

             若SW2本地还没有PC3 的ARP信息时，查找本地FIB表项，ICMP报文目的IP = 10.1.1.3 根据最长掩码匹配原则，匹配10.1.1.0/24表项；

             此时SW2通过10.1.1.0/24表项对应的出接口Vlan-interface 10 发送ARP请求报文，希望获取PC3的ARP信息；

             PC3 收到 SW2 发送的ARP请求后进行回应。

             如 图6 所示：

图6

第四步：SW2 获取 PC3 的ARP信息后，学习到PC3的ARP信息，并且建立10.1.1.3/32的FIB转发表项； 

             SW2 重新封装ICMP报文二层源目MAC地址，并将ICMP报文发送给PC3。如 图7 所示：

图7

PC3 回应 PC1 的ICMP报文转发流程与上述步骤一、二、三、四类似，这里就不再重复介绍。

通过上述的介绍，证明“普通代理ARP+静态路由”的方式部署，可实现同网段终端跨越三层网络互访。

但是，随着PC1、PC2、PC3、PC4的业务在网络中传递，不定期出现 如PC1 与 PC3、PC3 与 PC4 之间无法访问，过一段实际又自行恢复的故障。

针对采用“普通代理ARP+静态路由”的方式部署，出现的PC1与PC3、PC3 与 PC4 不定期无法互访的故障，实际可分为两类问题：

问题一：PC1与PC3 不定期无法互访故障，之后自动恢复；

问题二：PC3与PC4 不定期无法互访故障，之后自动恢复

针对问题一，进行分析：

分析1.1 ：根据正常的报文交互原理，PC1 与 PC3之间的报文交付时，SW1、SW2正确的转发表项应为如 图8 所示。

图8

分析1.2：当PC1 无法与 PC3互访时，观察SW2 FIB表项，发现缺失 10.1.1.3/32 转发表项。

               出现这种情况的原因为：SW2上针对 10.1.1.3地址的ARP老化时间到期，而此时PC3本地针对网关10.1.1.254地址的ARP还未老化。

               因此SW2 没有接收到PC3发来的ARP请求报文，SW3最长可能存在20分钟ARP表项无10.1.1.3信息的情况，及FIB表项可能存在20分钟没有10.1.1.3/32 UH转发表项的情况。如 图9 所示： 

图9

分析1.3：此时若PC1 访问 PC3，当SW2收到目的IP = 10.1.1.3的流量时，SW2匹配本地FIB转发表项，根据最长匹配原则，匹配10.1.1.0/25表项。

               及SW2会将收到的流量再从G1/0/2扔给SW1。此时SW1收到相关流量，依照SW1本地10.1.1.3/32，SW1又一次扔给SW2。

              如此反复，直到报文TTL超期，因此造成 PC1 与 PC3 互访失败。如 图10 所示：

图10

针对问题二，进行分析：

分析2.1 ：据报文交互原理，PC3 与 PC4 之间的报文交付时，PC3、PC4各自学习到对方到ARP信息。

                PC3、PC4之间业务报文目的MAC地址封装对端设备真实的MAC地址（同网段）。SW2其转发表项如 图11 所示。

图11

分析2.2：实际当使用Comware V7 平台交换机时，PC3 或 PC4 上学习到对端ARP信息，可能为SW2 Vlan-interface的MAC地址。理由如下：

               当SW2收到PC3请求PC4的ARP报文时，SW2 除了将ARP报文通过硬件芯片在同一个广播域内泛洪以外，SW2还会将该ARP请求报文复制（COPY）一份上送到SW2本地CPU上。

               由于SW2 已在Vlan-interface 10中，使能普通代理ARP功能，因此除了PC4回应ARP报文（②）外，交换机CPU还会回应ARP报文（①）。

               对于PC3 上ARP 10.1.1.4信息，对应的MAC可能为0000-4444-4444 或 0000-1010-2222。具体为多少，决定因素为，SW2最后收到的ARP回应报文。及PC 最后收到①ARP回应，则ARP 10.1.1.4对应的MAC = 0000-1010-2222；PC 最后收到②ARP回应，则ARP 10.1.1.4对应的MAC = 0000-4444-4444。

               如 图12 所示：

图12

分析2.3：若同时满足以下三个条件，则会出现PC3 与 PC4互访失败的问题。

•                条件一：PC3 ARP学习到 10.1.1.4 对应的MAC = 0000-1010-2222；
•                条件二：SW2 上对于10.1.1.4 ARP信息已经老化；
•                条件三：PC4 上ARP表项未老化，及PC4 不主动发送ARP请求报文。

               当满足上述三个条件后，PC3 将访问 PC4的业务报文，目的MAC封装为0000-1010-2222。

               SW2收到这样的报文后，由于目的MAC为设备本地MAC，因此不会查找二层MAC地址表项进行转发，而是查找 FIB 表项转发。

               当SW2 查找 FIB表项时，由于SW2 上10.1.1.4 ARP信息已老化，因此SW2 FIB上不存在10.1.1.4/32的转发表。

               按照 FIB 表最长匹配原则，此时去往10.1.1.4的流量匹配10.1.1.0/25的转发表项。

               因此SW2 将去往10.1.1.4的业务报文，发给了SW1，产生故障。如 图13 所示：

图13

总结对故障一 和故障二的分析：

• 故障均是由于交换机本地，出现终端的ARP表项信息老化后，没有及时收到终端发来的ARP请求，导致业务报文被“错误”的匹配到了FIB中另外的转发表项。
• 出现异常时，若相关终端本地ARP表项老化后，其向网络中发出ARP请求，此时交换机会重新学习到终端到ARP表项，因此FIB表项中将生成新的32位主机转发表项，流量根据最长匹配原则，匹配到正确的转发表项后，业务恢复。

了解了故障原因后，其解决方法即为，在SW2交换机上创建PC3、PC4的静态ARP。这样就可确保SW2上的FIB相关表项不老化消失。如 图14 所示：

图14

总结：

若希望通过代理ARP实现同网段终端跨越三层网络互访的部署，需要采用“普通代理ARP+静态路由+静态ARP”方式。

注意：

1、本案例适用于案例发布日期前，H3C所有Comware V7 平台交换机；

2、对于解决方法，当采用动态ARP表项老化探测功能（arp timer aging probe-interva/arp timer aging probe-count）时，无法解决交换机被管理员reset arp 动作导致终端ARP信息丢失的情况，因此不推荐使用。