ARP Broadcast Enable在网络开发中的应用

一、ARP Broadcast Enable简介

ARP Broadcast Enable是一种网络协议，它允许一个网络通信设备(如交换机或路由器)通告它所管理的每个端口的MAC地址。

默认情况下，当一个网络设备接入网络时，它会向所有其他设备广播一个ARP请求以验证自己的MAC地址。当其他设备回复时，设备之间会通过识别来获取一些信息，最终建立网络连接，以实现数据传输。

int arpBroadcastEnable=1;
ioctl(socket_fd, SIOCSARP, &arpBroadcastEnable);

二、ARP Broadcast Enable的作用

ARP Broadcast Enable只在一些特定的网络环境下非常有用，其中包括:

1. 需要和其他位于同一网络中的设备通信的DevOps工程师能够利用ARP Broadcast Enable，跟踪设备到其物理地址的映射。
2. 在排查网络问题时使用ARP Broadcast Enable，诊断网络设备是否能够接收来自其他设备的信息。
3. 需要在网络上自动配置设备的MAC地址时使用ARP Broadcast Enable。

三、如何配置ARP Broadcast Enable

在C语言中，可以借助系统调用来配置ARP Broadcast Enable。例如，在Linux系统中，我们可以使用SIOCSARP命令来设置ARP Broadcast功能。下面是一个简单的示例代码：

#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>

int setArpBroadcastEnable(int socket_fd)
{
    int arpBroadcastEnable=1;
    int result=0;
    result=ioctl(socket_fd, SIOCSARP, &arpBroadcastEnable);
    if(result<0) 
    {
        printf("ARP Broadcast Enable failed");
        return -1;
    }
    return 0;
}

四、如何使用ARP Broadcast Enable

借助于ARP Broadcast Enable，我们可以轻松地获取所有与我们设备相连的MAC地址的映射关系。接下来是获取ARP表的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <net/if.h>
#include <ifaddrs.h>

#define MAX_IFACES 64
#define MAX_ADDR_LEN 6
#define ETH_P_ARP 0x0806

struct arpheader
{
    uint16_t htype; 
    uint16_t ptype;
    uint8_t hlen;
    uint8_t plen;
    uint16_t oper;
    uint8_t sha[MAX_ADDR_LEN];
    uint8_t spa[4];
    uint8_t tha[MAX_ADDR_LEN];
    uint8_t tpa[4];
};

struct arpentry
{
    uint8_t macAddress[MAX_ADDR_LEN];
    struct in_addr ipAddress;
};

struct arpentry arpTable[256];
int arpTableIndex=0;

int getARPTableFromDevice(const char* device, struct arpentry* arpTable, int maxEntries)
{
    struct ifreq ifr;
    struct ifconf ifc;
    if(maxEntries>256) maxEntries=256;

    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) return -1;

    ifc.ifc_len = sizeof(struct ifreq) * MAX_IFACES;
    ifc.ifc_req = (struct ifreq*) malloc(ifc.ifc_len);
    if(ioctl(fd, SIOCGIFCONF, &ifc)<0) return -1;

    int interfaceIndex=-1;
    int i;
    for (i = 0; i < ifc.ifc_len; i += sizeof(struct ifreq)) 
    {
        strcpy(ifr.ifr_name, ifc.ifc_req[i].ifr_name);
        if (ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr) == 0) 
        {
            if (strcmp(ifr.ifr_name, device) == 0) 
            {
                interfaceIndex=ifr.ifr_ifindex;
                break;
            }
        }
    }
    if(interfaceIndex==-1) return -1;

    struct sockaddr_ll socket_address;
    memset(&socket_address, 0, sizeof(socket_address));
    socket_address.sll_family   = PF_PACKET;   
    socket_address.sll_protocol = htons(ETH_P_ARP); 
    socket_address.sll_ifindex  = interfaceIndex;

    // Bind the interface to the raw socket
    if (bind(fd, (struct sockaddr*) &socket_address, sizeof(socket_address)) < 0)
    {
        perror("bind failed\n");
        return -1;
    }

    const int SIOCGARP_BUFFER_SIZE = 4096;
    struct arpreq* arpRequest = (struct arpreq*) malloc(SIOCGARP_BUFFER_SIZE);
    memset(arpRequest, 0, SIOCGARP_BUFFER_SIZE);

    for (i = 0; i < 256; ++i) 
    {
        struct arpreq* arpRequest = (struct arpreq*) (((char*)arpRequest)+i); 

        struct sockaddr_in* sin = (struct sockaddr_in *)&arpRequest->arp_pa;
        sin->sin_family = AF_INET;
        sin->sin_addr.s_addr = htonl(i);

        strncpy ( arpRequest->arp_dev, device, IFNAMSIZ - 1);
        if(ioctl(fd, SIOCGARP, arpRequest)<0) continue;

        struct sockaddr_in* sin2 = (struct sockaddr_in *)&arpRequest->arp_ha;
        struct arpentry* entry=&arpTable[arpTableIndex];
        memcpy(entry->macAddress, arpRequest->arp_ha.sa_data, 6);
        entry->ipAddress=sin->sin_addr;
        arpTableIndex++;
        if(arpTableIndex>maxEntries) break;
    }

    close(fd);
    free(arpRequest);
    return arpTableIndex;
}

五、ARP Broadcast Enable的缺点与注意事项

使用ARP Broadcast Enable时需要注意一下事项：

1. ARP Broadcast Enable在交换机等大型网络设备的环境中使用时会很有用，但在小型网络环境中并不一定能提供什么帮助。
2. 在网络通信方面，ARP Broadcast Enable能够为缓存命中率带来显著的提升。但由于一次广播会让所有位于网络上的设备都被激活，所以它也可能成为一种网络干扰源。
3. 需要注意交换机上的ARP Broadcast Enable设置可能会对整个网络的性能产生影响。如果网络过于拥挤，就应该谨慎使用ARP Broadcast Enable以避免影响网络性能。