Linux ARP/邻居表（NUD）完整笔记

本笔记全面整理 Linux 下 ARP（邻居表）状态、生命周期、相关内核参数、MetalLB 影响、命令示例等内容，可直接作为学习与排障使用的参考文档。

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1. ARP / 邻居表的本质

Linux 中，IPv4 使用 ARP（地址解析协议），IPv6 使用 NDP。两者在 Linux 内核中统一由 邻居子系统（Neighbor Subsystem） 管理，其运行机制称为 NUD（Neighbor Unreachability Detection）。

邻居表不仅保存 IP→MAC 映射，还保存对应条目的可达性状态，用于决定是否需要重新探测。

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2. Linux 邻居表（ARP/NDP）所有状态（NUD State）

以下是 Linux 内核所有 NUD 状态及含义。

状态	名称	含义 / 触发时机
INCOMPLETE	未完成	已发送 ARP 请求，等待应答；MAC 尚未知。
REACHABLE	可达	最近一次通信成功；在一定时间内认为可达（默认 30 秒左右）。
STALE	过期	超过 REACHABLE 时间但尚未重新探测，不立即发起 ARP；下一次使用时触发探测。
DELAY	延迟	当使用 stale 条目时，内核等待短暂时间（默认 5 秒）以期收到对方的 unsolicited ARP。
PROBE	探测中	发送 ARP probe 以重新验证邻居是否可达。
FAILED	失败	多轮 ARP/Probe 均失败，确认无法到达。
NOARP	不需要 ARP	多用于点对点链路（例如 gre、tun），无需 ARP。
PERMANENT	静态	手动添加的静态邻居条目，永不过期。

状态转换典型流程

REACHABLE → STALE → DELAY → PROBE → REACHABLE
                       ↓
                   （失败）
                     FAILED

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3. 如何查看邻居表状态

查看全部邻居表

ip neigh show

查看指定 IP

ip neigh show <IP地址>

查看某个网卡

ip neigh show dev <接口名>

持续监控状态变化

watch -n1 'ip neigh show | grep <IP或MAC>'

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4. Linux ARP 缓存相关内核参数

Linux 并非简单“TTL”，而是 NUD 状态机 + 若干定时器。关键参数如下：

参数	默认值	意义
base_reachable_time_ms	30000 ms	REACHABLE 状态持续时间（30 秒，含随机扰动）。
gc_stale_time	60 秒	条目多久变为 STALE。
delay_first_probe_time	5 秒	DELAY 状态持续时间。
ucast_solicit / mcast_solicit	3 次	PROBE 阶段单播/广播 ARP 试探次数。

查看参数：

cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/base_reachable_time_ms
cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_stale_time
cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/delay_first_probe_time

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5. MetalLB Layer2 模式对 ARP 缓存的影响

MetalLB 在 Layer2 模式下，所有 VIP（LoadBalancer IP）依靠 Gratuitous ARP（GARP） 进行宣告，让局域网内所有主机更新其 ARP 缓存为当前的“owner node”。

MetalLB 行为：

1. VIP 分配时 → 立即发送 GARP（刷新各主机 ARP）
2. 周期性发送 GARP（默认 30 秒）
3. 切换 owner 时 → 立即大量 GARP（快速收敛）

配置示例（可调整周期）

protocol: layer2
announcement-interval: 30s

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6. MetalLB + Linux ARP 的综合行为（实际效果）

由于 Linux 的默认 ARP 过期时间为：

• REACHABLE：约 30 秒
• STALE：60 秒后触发验证

且 MetalLB 每 30 秒广播一次 GARP，因此：

⭐ 最终效果：

• 邻居表几乎一直保持 REACHABLE 或 STALE 后立即被刷新
• ARP 实际“有效时长” ≈ 30 秒（受 MetalLB GARP 周期支配）
• VIP 切换节点时收敛非常快，因为 GARP 会立即覆盖旧记录

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7. 如何观察 MetalLB 对 ARP 的刷新

使用 Linux 主机：

watch -n1 'ip neigh show | grep <VIP>'

会看到类似循环：

REACHABLE → STALE → REACHABLE → ...

周期约 30 秒（默认 MetalLB 配置）。

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8. 常见排障技巧

① 某节点无法访问 VIP

检查本机 ARP：

ip neigh show | grep <VIP>

错误 MAC 或 FAILED 会导致访问失败。重置：

ip neigh flush dev <接口>

② GARP 没有广播

检查 metallb-speaker 日志：

kubectl -n metallb-system logs -l component=speaker

③ VIP 切换慢

检查：

• announcement-interval 是否太大
• ARP 是否被交换机过滤
• 节点网卡是否有 ARP 抑制（如 bond 参数）

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9. 总结

• Linux ARP 缓存生命周期由 NUD 状态机控制，而不是简单 TTL。
• 状态主要为：INCOMPLETE、REACHABLE、STALE、DELAY、PROBE、FAILED、NOARP、PERMANENT。
• MetalLB Layer2 模式通过 定期 GARP（默认 30s） 不断刷新邻居表，使 VIP 的 ARP 永不过期。
• 实际运行中，ARP 状态大多在 REACHABLE/STALE 间交替。
• 排障重点：ip neigh show + metallb speaker logs。

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如需，我可以继续补：

• MetalLB speaker 的 GARP 数量与周期调优
• ARP 包抓包示例（tcpdump）
• 针对 bond/team/VLAN 的特殊情况说明
• VIP 漂移时的 ARP 冲突排查