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7.2 用户空间与邻居子系统的交互

上一节我们聊了邻居子系统内部的那些「家务事」：内存怎么分、引用计数怎么管、条目什么时候销毁。如果你是内核开发者，这些就是你的砖瓦和水泥。

但如果你是系统管理员，或者只是在调试网络问题的开发者，你其实并不直接跟这些结构体打交道。你手里拿的是 iproute2 工具箱，你敲的是 ip neigh。这之间隔着一层 API。这一节就是关于这层 API 的——我们如何从用户空间去窥探、修改、甚至强行「教唆」内核的邻居表。

命令行工具：从 net-tools 到 iproute2​

管理 ARP 表（或者说邻居表）的方式主要有两种，代表了两个时代的风格：

  1. 老派做法：使用 net-tools 包里的 arp 命令。
  2. 新派做法：使用 iproute2 包里的 ip neigh（或 ip neighbour）命令。

虽然它们干的是同一件事，但底层走的路径完全不同。

如果你运行经典的 arp 命令：

$ arp

这个请求最终会由内核里的 arp_seq_show() 方法处理，代码在 net/ipv4/arp.c 里。注意，这是 IPv4 专用的——它只看得到 ARP 表。

如果你运行现代的 ip neigh show：

$ ip neigh show

这回调用的是通用的 neigh_dump_info() 方法，位于 net/core/neighbour.c。

这两者输出最大的区别在于信息量。arp 命令给的是一个简略的列表，而 ip neigh show 会把邻居条目的 NUD 状态（Neighbour Unreachability Detection，邻居不可达检测状态）一股脑儿倒给你——比如 NUD_REACHABLE（可达）、NUD_STALE（陈旧）、NUD_DELAY（延迟）等。这些状态其实是邻居子系统的「体温计」，我们在后面几章会重点讲。

此外，ip 命令是双模的。加上 -6 参数：

$ ip -6 neigh show

它就会去显示 IPv6 的邻居表（NDISC 表）。这是 arp 命令做不到的。

除了命令行，内核还通过 procfs 暴露了这些数据。如果你是一个习惯了 cat 文件的古老管理员，你依然可以这样操作：

  • 看 ARP 表：cat /proc/net/arp。这背后其实还是调用的 arp_seq_show()，跟敲 arp 命令没本质区别。
  • 看统计信息：cat /proc/net/stat/arp_cache（ARP 统计）或 cat /proc/net/stat/ndisc_cache（NDISC 统计）。这两个文件由 neigh_stat_seq_show() 方法统一处理。

手动增删：教内核做规矩​

通常情况下，内核自己会动态学习邻居的 MAC 地址（被动学习）。但有时候，我们想强行告诉内核某件事——比如「192.168.0.121 永远在 00:30:48:5b:cc:45」，不管它实际在不在。这就是静态邻居条目。

你可以用 ip neigh add 来做这件事：

$ ip neigh add 192.168.0.121 dev eth0 lladdr 00:30:48:5b:cc:45 nud permanent

这条命令会触发 neigh_add() 方法。注意最后那个 nud permanent，我们在上一节提到的 NUD_PERMANENT 状态就在这里派上用场了。这个状态告诉内核：「这条条目别删，别改，别过期，它是铁律。」

要删掉它，用 ip neigh del，这背后是 neigh_delete() 方法：

$ ip neigh del 192.168.0.121 dev eth0

还有一个很有用的场景是 Proxy ARP（代理 ARP）。

简单回忆一下这个概念：主机 A 询问「谁有 IP B？」，主机 C（路由器）虽然不是 IP B，但它可以代替 B 回答「我有，MAC 是 xxx」，然后把流量收过来再转发给 B。这在某些特殊网络拓扑里很有用。

要在内核里配置一个代理 ARP 条目，用 proxy 关键字：

$ ip neigh add proxy 192.168.2.11 dev eth0

虽然命令看起来差不多，但内核内部走的路径完全不一样。neigh_add() 方法会发现用户传进来的数据里带了一个 NTF_PROXY 标志（存储在 ndm 对象的 ndm_flags 字段里）。一旦看到这个标志，内核就不会去查普通的邻居表，而是调用 pneigh_lookup() 方法去查代理邻居哈希表（phash_buckets）。如果没查到，它就会在这个表里新增一个条目。

删除代理条目也是同理：

$ ip neigh del proxy 192.168.2.11 dev eth0

neigh_delete() 方法检测到 NTF_PROXY 标志后，会调用 pneigh_delete() 来清理代理表。

除了操作条目，你还可以操作整个表的参数。ip ntable 命令就是干这个的：

  • ip ntable show：显示所有邻居表的参数配置。

  • ip ntable change：动态修改参数。比如，把 eth0 接口上的 ARP 缓存队列长度改为 20：

    $ ip ntable change name arp_cache queue 20 dev eth0

    这会调用 neightbl_set() 方法。这对于调优大量邻居场景（比如数据中心网关）非常有用。

最后提一句老古董 arp 命令。你也可以用它来加静态条目：

$ arp -s <IPAddress> <MacAddress>

效果跟 ip neigh add ... nud permanent 类似，但千万别指望静态条目能在重启后保留——它们只活在内核内存里，一断电就没了。如果想要持久化，得写进启动脚本里。

网络事件的回调：内核的耳朵​

搞定了用户空间怎么敲门，我们再看看内核内部怎么听「广播」。

这里的「广播」指的是网络事件通知。

有意思的是，邻居核心子系统本身是不注册网络事件通知的。它是一个安静的核心，不直接关心网卡的插拔或 MAC 变更。真正操心这些事的是具体的协议模块——ARP 和 NDISC。

在 IPv4 的 ARP 模块里，arp_netdev_event() 被注册为网络事件的回调函数。它主要盯着两类事：

  1. MAC 地址变了：比如你在网卡上敲了 ifconfig eth0 hw ether ...。此时内核会触发事件，arp_netdev_event() 会调用通用的 neigh_changeaddr() 方法来刷掉相关的邻居条目，同时调用 rt_cache_flush() 清空路由缓存。因为 L2 地址变了，之前的缓存可能全都不对了。
  2. 标志位变了（从 3.11 内核开始）：如果网卡的 IFF_NOARP 标志位发生了变化，也会触发 NETDEV_CHANGE 事件。同样的，neigh_changeaddr() 会介入处理。

而在 IPv6 的 NDISC 模块里，ndisc_netdev_event() 承担了类似的责任，但它关注的信号更多样：NETDEV_CHANGEADDR（地址变更）、NETDEV_DOWN（网卡停机）、以及 NETDEV_NOTIFY_PEERS（通知邻居，通常用于网卡 Failover 场景）。

本章回响

这一节我们站在了用户空间和内核空间的边界线上。

我们看到了同一份数据——邻居表——是如何被不同的视角审视的。对于 iproute2，它是一组可以被 Show、Add、Del 的对象；对于内核，它是一组哈希表、引用计数和状态机。

更重要的是，我们引入了静态配置和动态事件这两个概念。虽然手动添加条目看起来很方便，但真正的网络世界是流动的——MAC 会变，网卡会断，流量会迁移。

（承接下一节） 现在，我们已经有了容器，也有了管理容器的手段。但容器里依然是空的。下一节，我们将把镜头切入到 IPv4 的世界，看看 ARP 协议是如何作为第一个居民，住进这个准备好的房子里的——尤其是那个最核心的问题：当内核发现「我不知道隔壁老王是谁」时，它到底发出了什么信号？

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最后由 Charliechen114514 于 更新