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» 2001年11月29日 10時00分 UPDATE

ネットワークコマンド使い方:arp 〜ARPテーブルの表示/設定を行う

[加地眞也,@IT]

目的と用途

アイコン

 arpコマンドは、ARP(Address Resolution Protocol)テーブルの表示/設定を行う。ARPテーブルとは、イーサネット通信のために用いられるIPアドレスとMACアドレスの対照表だ。多くの場合OSが管理するので、ユーザーの設定を必要とすることはほとんどない。

 だが、時として、OSの設定ミスそのほかの理由で、イーサネット通信がうまくいかないことがある。その場合、ARPテーブルの設定に問題がないかどうか、arpコマンドで確認することができる。また、手動によるARPテーブルの管理も行える。

書式

●Windowsの場合

  • ――ARPテーブルへの追加
    arp -s IPアドレス MACアドレス[ インターフェイス]

  • ――ARPテーブルの削除
    arp -d IPアドレス[ インターフェイス]

  • ――ARPテーブルの表示
    arp -a[ IPアドレス][ -N インターフェイス]
-s ARPテーブルへ指定されたIPアドレスとMACアドレスのエントリー追加を行う インターフェイス ARPテーブルが対象とするインターフェイスを指定する。省略された場合は、IPアドレスなどから自動決定する
-d 指定されたIPアドレスのエントリーを削除する
-a ARPテーブルを表示する。IPアドレスやインターフェイスが指定された場合は、該当するエントリーのみを表示する

●Linuxの場合

  • ――ARPテーブルへの追加
    arp[ -v][ -H ハードウェアタイプ][ -i インターフェイス] -s ホスト名(IPアドレス) MACアドレス[ temp][ nopub]

  • ――Proxy ARPのためのエントリーの追加
    arp[ -v][ -H ハードウェアタイプ][ -i インターフェイス] -s ホスト名(IPアドレス) MACアドレス[ netmask サブネットマスクアドレス] pub

    arp[ -v][ -H ハードウェアタイプ][ -i インターフェイス] -Ds ホスト名(IPアドレス) 使用したいMACアドレスを持つインターフェイス[ netmask サブネットマスクアドレス] pub

  • ――ARPテーブルへのファイルからの一括追加
    arp[ -vnD][ -H ハードウェアタイプ][ -i インターフェイスcolor=blue◇] -f[ ファイル名]

  • ――ARPテーブルの削除
    arp[ -v][ -i インターフェイス] -d ホスト名(IPアドレス)[ pub][ nopub]

  • ――ARPテーブルの表示
    arp[ -vn][ -H ハードウェアタイプ][ -i インターフェイス][ -a][ ホスト名(IPアドレス)]
オプションなし -aとほぼ同様の表示を行う
-v 詳細モード
-H arpは本来イーサネット以外のデータリンク層でも使用できるようにデザインされている。このパラメータで使用するデータリンクのプロトコルをハードウェアタイプとして指定できる。デフォルトはイーサネット(ether)。ほかにトークンリング(tr)なども指定できる
-i エントリーが対応するインターフェイスを指定する
-s ARPテーブルへ指定したホスト名(またはIPアドレス)とMACアドレスのエントリーを追加する
temp このエントリーがキャッシュであり(つまり定期的に削除されるかもしれない)、永続的でないことを示す。省略されると永続的なエントリーとなり、削除されない
nopub このエントリーがProxy ARPのためのエントリーでないことを示す
netmask このエントリのサブネットマスクを指定して、あるサブネット全体のためのエントリーであることを示す。ただし、カーネル2.2.0以降では指定できないようだ
pub このエントリーがProxy ARPのためのエントリーであることを示す
-n 出力をIPアドレスのみに抑制する(DNS逆引きを行わない)
-D MACアドレスの代わりにインターフェイスを指定すると、そのインターフェイスのMACアドレスを使用する
-f 指定したファイルに複数指定されたエントリーを一括追加する。ファイル名が省略されると、「/etc/ethers」が使用される
-d ARPテーブルから指定されたホスト名のエントリーを削除する
-a ARPテーブルの内容を表示する。ホスト名が指定されると該当のエントリーのみを表示する

使用方法

ARPテーブルの表示

 ARPテーブルの内容を参照するには「-a」オプション(またはオプションなし)を指定する。

●Windowsでの使用例

C:\>arp -a

Interface: 192.168.1.10 on Interface 0x1000003(4)
  Internet Address(1)   Physical Address(2)   Type(3)
  192.168.1.1           00-20-88-d5-b4-2f     dynamic
  192.168.1.11          00-30-98-58-07-21     dynamic
  192.168.1.20          00-20-78-c5-a4-1f     static


●Linuxでの使用例

[root@host1 ~]# arp
Address(1)              HWtype  HWaddress(2)        Flags Mask(3)         Iface(4)
router1                 ether   00:20:88:D5:B4:2F   C                     eth0
host1                   ether   00:A0:C0:16:11:92   C                     eth0
192.168.1.211           ether   00:80:98:48:07:11   CM                    eth0


 ARPテーブルは、基本的にローカルホストが維持しているキャッシュだ。通信を行えば対象ホスト分のエントリーが増え、その後、使用しないエントリーは自動的に削除される様子も確認できるだろう。

 自身のイーサネットでの通信時に使用するエントリーが基本だが、LinuxなどではProxy ARPにも対応しているため、外部のホストへ代理応答するためのエントリーも同時に保持されることがある。

  • (1) IPアドレス
    エントリーのIPアドレス。またはホスト名が表示される

  • (2) 物理アドレス/ハードウェアアドレス
    イーサネットの場合、エントリーのMACアドレス

  • (3) エントリーのタイプ
    OSにより、格納できるエントリーにいくつかの違いがある
●Windowsの場合
エントリー 意味
dynamic 通常のキャッシュ・エントリー。このエントリーが一定期間再利用されない場合は、テーブルから自動削除される
static 永続的エントリー。キャッシュとは異なり、一定期間再利用されなくとも削除されない。キャッシュ・エントリーは、OSがARPにより取得して格納したエントリーだが、staticはユーザーが明示的に追加したエントリーに限られる

●Linuxの場合
エントリー 意味
C 通常のエントリー。このフラグだけの場合はエントリーが一定期間再利用されないと、テーブルから自動削除される
M 永続的エントリー。Windowsのstaticと同義。一定期間再利用されなくとも削除されない
P Proxy ARP用エントリー。ほかのホストからのARP要求があれば、このエントリー内容を応答する。これ以外のエントリーの情報は、ほかのホストからのARP要求に対して提供されることはない。そのため、Proxy ARP用エントリーは「Publicエントリー」などとも呼ばれる。通常、このエントリーでは、MACアドレスはその応答するインターフェイスのMACアドレスであり、IPアドレスは別のインターフェイスに接続されたネットワークにあるホストのIPアドレスである(つまり、MACアドレスは自身のインターフェイスのものだが、IPアドレスは別のホストのもの)
  • (4) インターフェイス
    ARPテーブルはインターフェイスごとに管理されている。Windowsでは、インターフェイスごとにブロック単位でARPテーブルが表示される

ARPテーブルの追加/削除

 ARPテーブルへは、OSによるARPの結果の追加だけでなく、手動によるエントリーの追加や即時削除を行うこともできる。

 あまり利用する局面はないだろうが、ARP要求/応答がネットワークを圧迫している場合には、通常のキャッシュ・エントリーではなく、永続的なエントリーを追加してARPの回数を減らすことができるかもしれない。

●ARPテーブルへの追加例(Windowsの場合)

C:\>arp -s 192.168.1.20 00-20-78-d5-b4-2f
            IPアドレス    MACアドレス


●ARPテーブルへの追加例(Linuxの場合)

[root@host1 ~]# arp -s 192.168.1.100 00:70:98:A8:07:12
                        IPアドレス       MACアドレス


 Windows、Linuxとも、「-s」オプションでの設定で追加されるエントリーは、永続的なエントリーとなる。通常のキャッシュ・エントリーのように、一定期間内に再利用されなくとも、ARPテーブルから自動的に削除されることはない。Linuxでは、「temp」オプションを指定して、通常のキャッシュ・エントリーとして追加することもできる。ただし、これらの手動追加エントリーは、リブート時にはクリアされてしまう。

 またLinuxでは、指定したファイルから複数のエントリーをまとめて追加することも出来る。この場合、「-f」オプションを用いる。ファイル名を省略した場合には、「/etc/ethers」ファイルが使用されることになる。

●ARPテーブルへのファイルからの追加例(Linuxの場合)

[root@host1 ~]# arp -f /usr/local/userset/arp_entry
                          アドレス定義ファイル名


●アドレス定義ファイルの例

00:20:78:D5:B4:2F server1
00:70:98:A8:07:12 192.168.1.200


 ARPテーブルからの削除には、「-d」オプションを指定する。指定したIPアドレスのエントリーを削除する。Windowsではワイルドカードも使用できる。

●ARPテーブルからの削除例(Windowsの場合)

C:\>arp -d 192.168.1.20


Proxy ARPの設定

 Proxy ARPは、ほかのホスト宛のARP要求に対して、代理で自身のMACアドレスをARP応答する機能だ。おもにルータなどが対応しており、別々のコリジョン・ドメイン(物理ネットワーク)をサブネット分割することなく、仮想的に1つのネットワークに見せかけることができる。「gracious ARP」などと呼ばれているシステムもある。

 Linuxでは、Proxy ARPにネイティブで対応しており、複数のインターフェイスを設置したマルチホーム環境などで使用することができる。それ以外のUNIXでは、「proxyarpd」デーモンが別途必要になる場合がある。

 設定は簡単で、ARPテーブルにPublicエントリー(Flags Maskでは「P」で表される)を追加するだけだ。例として、下記のようなシステム構成を考えてみよう。元々ネットワークAとネットワークBは1つのセグメントだったが、最近になり両ネットワーク間にルータ代わりのマルチホームのLinuxマシンを設置した。本来はサブネット分割を行わないといけないのだが、ホストの設定をすべて一斉に変更するのは時間がかかるので、Proxy ARPを設定することで、一時的に両ネットワークの疎通を行う。

図1 Proxy ARPの構成例。ホストAから、別のセグメントにあるホストBへのARP要求が発生した場合、Proxy ARPであるLinuxマシンは、自身のインターフェイスのMACアドレスを返答する 図1 Proxy ARPの構成例。ホストAから、別のセグメントにあるホストBへのARP要求が発生した場合、Proxy ARPであるLinuxマシンは、自身のインターフェイスのMACアドレスを返答する

 以下のコマンドをLinuxマシンで実行すると、ARPテーブルにPublicエントリーが追加される。これにより、ホストAからのARP要求に対して、LinuxマシンがホストBの代わりに自身のMACアドレスを応答するようになる。

●ARPテーブルへのPublicエントリーの追加例(Linuxの場合)

[root@host1 ~]# arp -i eth0           -s 192.168.2.10     00:80:98:C8:07:12  pub
                    応答する          代理応答したい      Linuxマシンの
                    インターフェイス  ホストのIPアドレス  ネットワークB側MACアドレス

[root@host1 ~]# arp
Address              HWtype  HWaddress           Flags Mask         Iface
192.168.2.10         *       *                   MP                 eth0
                                              Publicエントリーが追加された
        :


 設定後、通常のIP通信が行われるわけだが、LinuxマシンでIPルーティングが有効になっていれば(参考記事「連載:ネットワーク・コマンド 第3回 ルーティングの設定は正しいか?」)、問題なくホストBまで到達できるだろう。また、双方向通信のためにはホストBにもARP応答ができなければならない。上記と逆の設定(ホストAのIPアドレスへの設定)も必要になる。

ARPとブロードキャスト

 ARPテーブルの維持/管理は、多くの場合、OSが自動的に行ってくれる。ユーザーがARPテーブルを確認したり、あるいは任意で定義をするなら、arpコマンドで行うことができる。ただ、ARP自体は非常に簡易な動作であるので、ユーザーが実際にARPテーブルなどを操作する局面は、Proxy ARP設定などを除いてあまりないだろう。

 ARPに関連したトラブルは比較的少ないと考えられるが、それが時として単純な設定ミスを呼び、ARPひいてはイーサネット通信における重大な障害を引き起こす可能性もある。中でも最も顕著なのが、サブネットマスクの設定ミス時だ。例を挙げよう。

図2 サブネットマスクの設定にミスがあった場合のルーティング例。本来、ホストBはホストAの「ICMP Request」に対して、直接返答を行うべきなのだが、サブネットマスクの設定ミスにより、ホストAが別のサブネットにあると判断し、デフォルト・ゲートウェイであるルータXへとパケットを転送してしまう 図2 サブネットマスクの設定にミスがあった場合のルーティング例。本来、ホストBはホストAの「ICMP Request」に対して、直接返答を行うべきなのだが、サブネットマスクの設定ミスにより、ホストAが別のサブネットにあると判断し、デフォルト・ゲートウェイであるルータXへとパケットを転送してしまう

 図2のネットワークのサブネットマスクが「255.255.255.0」だった場合に、ホストBで「255.255.255.240」と設定ミスがあったとする。このとき、ホストAからホストBへICMP Request/Replyの往復通信を考えてほしい。

 この場合、ホストA(192.168.1.10)はまず、送信先ホストであるホストB(192.168.1.200)のIPアドレスから、パケットの送信先が同一のサブネットだと判断するので、通常通りMACアドレスを知るためにARP要求を送信する。これはそのままホストBへと届けられる。またホストBは、ARP応答をホストAへと送る。ここまでは正常だ。

 次に、ホストAはICMP RequestをホストBへと送信する。しかし、これを受け取ったホストBでは、ホストAへICMP Replyを送ろうとするが、ここでホストAが別のサブネットに存在していると判断してしまう。もし、ルーティング・テーブルにデフォルト・ゲートウェイなどが記載されていない場合には、ルーティング失敗となる。だが問題は、ホストBにおいてデフォルト・ゲートウェイとしてルータXが指定されていた場合だ。

 ホストBは、デフォルト・ゲートウェイであるルータXへICMP Replyを転送しようとする。そのため、(もしルータXのMACアドレスをキャッシュしていなければ)ルータXに対してARP要求を行い、ルータXはこれに応答する。そしてルータXへICMP Replyを転送するのである。ルータXは、(やはりホストAのMACアドレスをキャッシュしていなければ)ホストAとの間でARP要求/応答を行い、ようやくホストBからのICMP ReplyをホストAへと届けられる。ルータによっては、ホストBはルータを経由しなくともホストAへと直接フレームを届けられることを判断して、ホストBに対してICMP redirectパケットを送信して、経路を正しくするように通知する場合もある(だが、元々ホストBではサブネットマスクの設定が間違っているため、修正することはできないだろう)。

どこに問題があるのか?

 ここでのポイントは、どのホストも異常を感じていないということだ。また、ユーザーから見ても正常に通信できているように見える。だが実際のフレーム数はどうだろう。ホストAからホストBへpingコマンドなどでICMP Request/ICMP Echoの往復通信をするだけなら、ARPテーブルにエントリーがキャッシュさえされていれば、ICMPの往復が2フレーム発生するに過ぎない。ARPを含めても4フレームだ。しかし上記の例では、ARPも含めて最大10フレームにまで膨れ上がってしまう。

 さらに、ARP要求が3回行われている点にも注意してほしい。ARP要求は、ブロードキャストという非常にネットワーク全体に負荷をかける処理だ。ブロードキャストのフレームは、ブロードキャスト・ドメイン全体に送出しなければならないし、各ホストは無視をせずに、必ず受け取って判断しなくてはならない。そのため、各ホストやルータはARPテーブルという仕組みで、ARPの発生を極力減らす努力をしているのである。

 一見、正常に稼働しているように見えてしまうため、なかなか発覚しにくい問題だが、ブロードキャストが多発してネットワークがダウンしてしまう状況もありえる。これを「ブロードキャスト・ストーム(ブロードキャストの嵐)」などと呼ぶ。

 図2ではたった1つのホストが原因での例だったが、もしこれが複数だったら、使用頻度の高いサーバだったら、果たしてどうか。ネットワークが肥大化して、物理ネットワーク内のホスト数が多すぎる場合にも、似たような状態が起こり得る。たかが数字1つのミスと思うなかれ、サブネットマスクはこのように大変重要な要素なのである。

 残念ながら、arpコマンドもただそのホストでのARP要求と応答が正常に行われているかどうかを確認するだけなので、こうしたブロードキャスト多発の検知は、常にネットワーク負荷を計測し続けるなど、地味な努力しかすべがない。ポイントとしては、ARP要求はARPテーブルによって回避されることが多いので、特定のホストから同じARP要求が頻繁に繰り返されているようであれば、何らかの設定ミスの可能性が高い。また、ネットワーク上を流れるフレーム全体に占めるARPパケットの割合にも注意しよう。一概にはいえないが、数%程度までで抑えられているのが望ましいだろう。

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