ARP(7)

名前
arp - Linux ARP カーネルモジュール

説明
このカーネルプロトコルモジュールは、 RFC 826 で定義されている Address Resolution Protocol を 実装したものである。 ARP は、ダイレクトに接続されたネットワーク上で、 第 2 層のハードウェアアドレスをIPv4 プロトコルアドレスに 変換するために用いられる。ユーザーは設定の場合を除いて 通常直接このモジュールに関ることはない。 これはカーネル内部の他のプロトコルにサービスを提供するものである。

ユーザープロセスは、 packet(7) ソケットを用いれば ARP パケットを受信することができる。 ARP キャッシュをユーザー空間で管理することもできる。 これには netlink(7) を用いる。 ARP テーブルも制御可能で、これには任意の AF_INET ソケットに ioctl(2) を用いる。

ARP モジュールはハードウェアアドレスからプロトコルアドレスへの マッピングのキャッシュを管理する。キャッシュの大きさには制限が あるので、古いエントリーや利用されないエントリーはガベージコレクト される。 permanent (保存) マークがつけられたエントリーは、 決してガベージコレクタによって消去されない。 ioctl を用いればキャッシュを直接操作することもできる。 また後述の /proc インターフェースによりキャッシュの振る舞いを調整できる。

存在しているマッピングに対して、 正のフィードバックが一定時間ない (後述の /proc インターフェースを見よ) と、 近傍キャッシュエントリー (neighbor cache entry) は 古くなった (stale) とみなされる。 正のフィードバックは高位のレイヤーからも取得できる (例えば TCP ACK が成功した場合など)。 他のプロトコルは、 sendmsg(2) に MSG_CONFIRM フラグを用いることによって、 フォワードプログレス (forward progress) をシグナルできる。 フォワードプログレスがなければ、 ARP は再びプローブを試みる。 まずローカルな arp デーモンに問合わせを行い、 更新された MAC アドレスを取得しようとする。 このリクエストに app_solicit 回失敗すると、古い MAC アドレスがわかっている場合は、 unicast のプローブが ucaset_solicit 回送られる。これにも失敗すると、新しい ARP リクエスト をネットワークにブロードキャストする。 リクエストは、データが送信キューにある場合のみ送られる。

Linux は、あるアドレスへのリクエストを受信・フォワードし、 受信したインターフェースで代理 arp が有効になっている場合には、 自動的にそのアドレスを nonpermanent な代理 arp エントリーに追加する。 そのターゲットに reject route があった場合には、 代理 arp エントリーは一切追加されない。

  ioctl
すべての AF_INET ソケットでは、 3 つの ioctl が使用できる。 これらは struct arpreq へのポインターを引数に取る。

    struct arpreq {
        struct sockaddr arp_pa;      /* protocol address */
        struct sockaddr arp_ha;      /* hardware address */
        int             arp_flags;   /* flags */
        struct sockaddr arp_netmask; /* netmask of protocol address */
        char            arp_dev[16];
    };

SIOCSARP, SIOCDARP, SIOCGARP は、それぞれ ARP マッピングを設定・削除・取得する。 ARP マップの設定と削除は特権が必要な操作であり、 CAP_NET_ADMIN 権限を持つプロセスか、実行ユーザー ID が 0 のプロセス でなければ実行できない。

arp_pa は AF_INET アドレスでなければならず、 arp_ha は arp_dev で設定されたデバイスと同じタイプでなければならない。 arp_dev はデバイスの名前を示す、ゼロで終端された文字列である。
    arp_flags
    フラグ | 意味
    ATF_COM | 参照完了
    ATF_PERM | エントリーを peramanent にする
    ATF_PUBL | エントリーを publish する
    ATF_USETRAILERS | trailer が必要
    ATF_NETMASK | netmask を用いる
    ATF_DONTPUB | 回答しない

ATF_NETMASK フラグがセットされているときには、 arp_netmask が有効でなければならない。 Linux 2.2 は代理ネットワーク ARP エントリーをサポートしていないので、 これは 0xffffffff にセットしておくか、あるいは 現存の代理 arp エントリーを削除したい場合には 0 にしておく必要がある。 ATF_USETRAILERS は obsolete なので、用いるべきでない。

  /proc インターフェース
ARP では、グローバルなパラメーターやインターフェースごとのパラメーターを /proc インターフェースを通して設定することができる。 これらのインターフェースには、 proc/sys/net/ipv4/neigh/*/* ファイルの読み書きによりアクセスできる。 システムにあるそれぞれのインターフェースには、 それぞれ対応するディレクトリが /proc/sys/net/ipv4/neigh/ 以下にある。 "default" ディレクトリに対して設定をすると、 それ以降生成されるデバイス全てに対してその設定が用いられる。 特に指定がなければ、時間に関る sysctl の単位は秒である。

anycast_delay (Linux 2.2 以降)
    IPv6 の近傍要請メッセージ (neighbor soliciation message) に応答するまでの最大遅延時間 (jiffy 単位)。 anycast のサポートはまだ実装されていない。 デフォルトは 1 秒。

app_solicit (Linux 2.2 以降)
    ユーザー空間の ARP デーモンに netlink を用いて探索させる最大回数。 これを越えるとマルチキャストによる探索に移行する (mcast_solicit を見よ)。

base_reachable_time (Linux 2.2 以降)
    近傍のホストがみつかると、そのエントリーは base_reachable_time/2 から 3*base_reachable_time/2 の間のランダムな値の時間、有効であるとみなされる。 エントリーの有効性は、高位のプロトコルからポジティブなフィードバックを 受け取ると延長される。デフォルトは 30 秒。 このファイルは現在は非推奨であり、代わりに base_reachable_time_ms を使うこと。

base_reachable_time_ms (Linux 2.6.12 以降)
    base_reachable_time と同じだが、時間をミリ秒単位で測る。 デフォルトは 30000 ミリ秒である。

delay_first_probe_time (Linux 2.2 以降)
    近傍ホストのエントリーが古くなったと判断された後に 最初に探索を行うまでの遅延時間。デフォルトは 5 秒。

gc_interval (Linux 2.2 以降)
    ガベージコレクタを近傍ホストエントリーに対して実行させる頻度。 デフォルトは 30 秒。

gc_stale_time (Linux 2.2 以降)
    古くなった近傍ホストエントリーに対してチェックを行う頻度。 近傍ホストエントリーが古くなったとみなされると、そのエントリーに データを送る前には再度解決が行われる。 デフォルトは 60 秒。

gc_thresh1 (Linux 2.2 以降)
    ARP キャッシュに保存するエントリー数の最小値。 この数より少ないエントリーしかキャッシュになければ、 ガベージコレクタは実行されない。 デフォルトは 128。

gc_thresh2 (Linux 2.2 以降)
    ARP キャッシュに保存されるエントリー数のソフトな最大値。 キャッシュのエントリーがこの数を 5 秒間越えつづけると、 ガベージコレクタが実行される。 デフォルトは 512。

gc_thresh3 (Linux 2.2 以降)
    ARP キャッシュに保存されるエントリー数のハードな最大値。 キャッシュのエントリーがこの数を越えると、 ガベージコレクタはただちに実行される。 デフォルトは 1024。

locktime (Linux 2.2 以降)
    ARP エントリーをキャッシュに保存する時間の最小値 (jiffy 単位)。 可能性のあるマッピングが一つ以上ある (たいていはネットワーク設定のミス) 場合に、 ARP キャッシュのスラッシングが起きることを防ぐ。 デフォルトは 1 秒。

mcast_solicit (Linux 2.2 以降)
    エントリーを unreachable マークする前に、 アドレスをマルチキャスト/ブロードキャストで解決しようとする 試行回数の最大値。 デフォルトは 3。

proxy_delay (Linux 2.2 以降)
    既知の代理 ARP アドレスに対して ARP リクエストを受信した場合に、 応答前に最大 proxy_delay jiffy まで遅延する。これは場合によって生じる ネットワークフラッディング (network flooding) を避けるために用いる。 デフォルトは 0.8 秒。

proxy_qlen (Linux 2.2 以降)
    代理 ARP アドレスに対してキューイングできる最大のパケット数。 デフォルトは 64。

retrans_time (Linux 2.2 以降)
    リクエストを再度送るまでの遅延時間 (jiffy 単位)。 デフォルトは 1 秒。 このファイルは現在は非推奨であり、代わりに retrans_time_ms を使うこと。

retrans_time_ms (Linux 2.6.12 以降)
    リクエストを再度送るまでの遅延時間 (ミリ秒単位)。 デフォルトは 1000 ミリ秒。

ucast_solicit (Linux 2.2 以降)
    ARP デーモンへの問い合わせを行う前に行う unicast 探索の最大試行数 (app_solicit を見よ)。デフォルトは 3。

unres_qlen (Linux 2.2 以降)
    解決されていないアドレスに対して、 他のネットワーク層からキューイングできる最大パケット数。 デフォルトは 3。

バージョン
Linux 2.0 で、 struct arpreq に arp_dev メンバーが含まれるように変更があった。また同時に ioctl 番号も変更された。古い ioctl は Linux 2.2 で用いることができなくなった。

ネットワークに対する代理 arp エントリー (netmask が 0xffffffff でない) は、 Linux 2.2 で用いることができなくなった。 これはカーネルによって設定される、別のインターフェースにおける 到達可能なすべてのホストに対する自動代理 arp によって置き換えられた (そのインターフェースでフォワーディングと代理 arp が有効になっている場合)。

neigh/* の各インターフェースは Linux 2.2 以前には存在しない。

バグ
いくつかのタイマー設定は jiffy で指定されるが、 jiffy はアーキテクチャーやカーネルのバージョンに依存する。 time(7) を参照のこと。

ユーザー空間からポジティブなフィードバックを送る方法が存在しない。 つまり接続指向 (connection-oriented) のプロトコルをユーザー空間で 実装すると、余計な ARP トラフィックの原因となる。 なぜなら ndisc は定期的に MAC アドレスを再探索するからである。 同様の問題はいくつかのカーネルプロトコル (NFS over UDP など) にも存在する。

この man ページでは IPv4 特有の機能と IPv4 とIPv6 で共通の機能を一緒に説明している。

関連項目
capabilities(7), ip(7), arpd(8)

RFC 826: ARP の説明。 RFC 2461: IPv6 neighbor discovery の説明と利用されている基礎アルゴリズム。 Linux 2.2 以降では IPv4 ARP は可能な場合は IPv6 アルゴリズムを使っている。

この文書について
この man ページは Linux man-pages プロジェクトのリリース 5.10 の一部である。プロジェクトの説明とバグ報告に関する情報は https://www.kernel.org/doc/man-pages/ に書かれている。