1.8 免费 ARP (Gratuitous ARP) 详解
在上一章我们学习了 ARP 的基本功能：由 IP 查 MAC。 通常情况下，ARP 都是“有问必答”的：A 问 B，B 回复 A。
但有一种特殊的 ARP，它不需要别人问，而是设备自己主动发出来的，而且问的问题很奇怪——它在问自己的 IP 地址。这就是 免费 ARP (Gratuitous ARP)。
1. 什么是免费 ARP？
免费 ARP 是指主机发送一个 ARP 请求（或响应），其中：
- Sender IP (源 IP) = 本机配置的 IP
- Target IP (目标 IP) = 本机配置的 IP
就像一个人走进房间，大喊一声：“谁叫张三？请告诉张三（我）！”
1.1 为什么要叫“免费”？
英文单词 Gratuitous 的意思是“无理由的”、“不请自来的”或者“免费的”。 因为这个 ARP 报文不是为了响应某个请求而发的，而是设备自发产生的，所以被称为“免费 ARP”。
2. 报文结构解析
免费 ARP 本质上还是一个标准的 ARP 包，并没有特殊的协议头，只是字段填法不同。 最显著的特征是：Sender IP 等于 Target IP。
它通常以 Request 的形式发送（某些实现也使用 Reply）。
抓包示例： 在 Wireshark 中，你通常会看到 Info 列显示：Gratuitous ARP for 192.168.1.100 (Request)。
注：新旧版wireshark抓包的Info描述可能不一样
3. 核心作用：它到底想干嘛？
既然已经知道自己的 IP 了，为什么还要问？主要有两个目的：
3.1 宣告与更新 (Announce & Update)
这是免费 ARP 最重要的功能——告诉大家“我来了”或者“我变了”。
场景一：更换网卡/主板 假设你有一台服务器 IP 是 192.168.1.10，MAC 是 AA-AA。 交换机和其他电脑的 ARP 表里都记录着：192.168.1.10 -> AA-AA。 今天网卡坏了，你换了一块新网卡，MAC 变成了 BB-BB，但 IP 还是 192.168.1.10。
如果什么都不做，其他设备发给 192.168.1.10 的数据包还会发往旧 MAC AA-AA，导致通信中断。 此时，服务器启动时会自动发送一个免费 ARP：“我是 192.168.1.10，我的 MAC 是 BB-BB！” 收到这个广播的所有设备，会立即更新自己的 ARP 缓存：192.168.1.10 -> BB-BB。网络瞬间恢复。
场景二：VRRP/HSRP 主备切换 在企业网络中，两台路由器（主/备）组成一个虚拟网关（Virtual IP）。 当“主”路由器挂掉，“备”路由器接管 Virtual IP 时，它必须立刻发送免费 ARP，告诉交换机：“现在 Virtual IP 在我这里（我的接口 MAC）！”这样交换机才会把流量引向新的主路由器。
3.2 地址冲突检测 (DAD)
这是免费 ARP 的另一个经典用途。 当设备刚配置好 IP 时，先发个免费 ARP 问一下：“有人用这个 IP 吗？”
- 如果没人理我 -> 这个 IP 安全，我用了。
- 如果有人理我（回复了 ARP Reply）-> 完蛋，冲突了！报错！
注意：关于 DAD 的详细检测流程和现象，请阅读下一章 1.9 DAD (地址冲突检测) 原理深度解析。
4. 安全隐患：ARP 欺骗
成也萧何，败也萧何。免费 ARP 的“强制更新”特性，也成为了黑客攻击的利器。
攻击原理： 攻击者（IP: 1.100）可以伪造一个免费 ARP 包，声称：“我是网关 192.168.1.1，我的 MAC 是 CC-CC（攻击者的MAC）”。 局域网内的电脑收到后，会天真地更新 ARP 表，把发往网关的数据全都发给攻击者。这就是典型的 ARP 欺骗 (ARP Spoofing) 或 ARP 投毒 (ARP Poisoning)。
防御手段：
- DAI (Dynamic ARP Inspection)：交换机上的高级功能，只允许合法的 ARP 包通过（结合 DHCP Snooping 绑定表）。
- 静态 ARP 绑定：在服务器或重要设备上手动写死 ARP 条目，不接收动态更新（维护麻烦）。