概述
在日常工作中，我們會經常遇到IP沖突問題，尤其在使用靜態IP的小型網絡中，更是常見。究其原因，是因為人的思維在某些場景中是類似的，總有人也想要和你使用一樣的IP。解決IP地址沖突需要專業設備和特殊配置，大部分時候我們都沒有這樣的條件，所以遇到IP地址沖突時，我們基本上都會在辦公室吼上一嗓子：“誰用192.168.1.xx這個地址，我正在用呢！”。要是有回應還好，要是沒回應，基本你只能換個地址了，IP地址沖突問題很難排查。
IP地址沖突
如何解決IP地址沖突，我們今天不做介紹，留在后續的文章里詳述。咱們今天來看看PC是如何檢測IP地址沖突的，了解其原理，會對我們以后的工作有幫助。
那PC是如何檢測IP地址沖突的呢？這就涉及到一種特殊ARP：免費ARP，我們需要了解其工作原理。
免費ARP工作原理
免費ARP，英文名稱是Gratuitous ARP，聽起來有點奇怪，讓人忍不住想：難道ARP還有收費的嗎？其實是沒有的，Gratuitous翻譯為免費不太準確，其更好的說法應該是：PC在沒有人詢問的情況下，自問自答。
聽起來還是有點不好理解，不過我們先看看正常ARP和免費ARP的工作流程，看過以后，就會明白了！
正常ARP工作流程
關于正常的ARP工作流程，相信大部分人都有所了解，我們用下面的例子做簡單的描述：
正常ARP工作原理
假設3臺PC都在一個VLAN里，并且它們都配置相同的網段，PC1想要訪問PC2，必須先要獲取到PC2的mac地址：
- PC1首先會發送ARP Request來請求PC2的MAC地址：“who has 10.1.1.2, tell 10.1.1.1”；
- PC2收到以后，就會發送ARP Reply：“10.1.1.2 is at 00-00-00-22-22-22”；
- PC1收到這個Reply，會記錄在自己的ARP表項中，以后向PC2發送的所有數據，目的MAC地址都會使用這個值進行填充。
這就是正常的ARP工作原理，是不是很熟悉呢？我們再來看看免費ARP的工作原理。
免費ARP工作原理
免費ARP是何時發送的呢？大部分都是在PC想要使用某個IP地址的時候。不論是手工配置還是通過DHCP獲取IP，PC在正式使用IP地址之前，都會發送免費ARP，以確認這個IP是可用的。
我們還是以一個例子來闡述：
免費ARP
假設3臺PC都在一個VLAN里，PC2已經配置10.1.1.1/24這個地址，由于某種原因，PC1也想使用10.1.1.1/24這個地址：
- 在PC1配置10.1.1.1/24時，就會發送一個特殊的ARP Request報文，請求自己的MAC地址：“who has 10.1.1.1, tell 10.1.1.1”；
- 如果PC1沒有收到任何的ARP Reply，則說明網絡中沒有人使用10.1.1.1這個地址，PC1可以正常使用；
- 但是如果PC1收到ARP Reply，例如這個例子中，PC2會給PC1回復ARP Reply，則表明在這個網絡中，已經有人使用這個地址，有地址沖突了，PC1需要換別的地址。
是不是也覺得不復雜呢？上面的描述，用一句話概括就是：免費ARP收到回復就表明有沖突，沒有收到回復就可以正常使用。
看到這里會不會有點疑問，免費ARP和正常的ARP如何區別呢？什么樣的ARP才能被稱為免費ARP呢？我們來看下面的內容。
如何區分免費ARP和正常ARP？
其實想要區分免費ARP和正常ARP，只需要看它們的報文內容就可以了，如下圖：正常的ARP報文，發送者IP和目標IP是不一樣的，目標IP填寫是目的PC的IP地址；
正常ARP報文
而免費ARP，其發送者IP和目標IP是一樣的，目標IP填寫的也是發送者的IP，如下圖所示：
免費ARP報文
是不是一目了然了？在實際工作中，如果我們抓取到發送者IP和目標IP相同的ARP報文，就可以斷定這個ARP就是免費ARP報文。
IP地址沖突
理解免費ARP工作原理以后，再看PC如何檢測IP地址就非常容易了。
PC檢測IP沖突就是使用免費ARP來進行的：
- 當PC發送免費ARP，如果收到回復，就會立刻上報PC上層模塊，告訴操作系統網絡中有地址沖突，這個IP地址不能使用；
- PC操作系統也會在界面上給出如下圖類似的提示：
PC提醒IP地址沖突
這就是IP地址的沖突檢測機制。
總結
最后我們再總結一下IP地址沖突檢測的工作原理：PC使用IP地址之前，會先發送免費ARP報文：
- 如果收到回復，則說明有地址沖突，這個IP不能使用；
- 如果沒有收到回復，則說明網絡中沒有PC使用這個IP地址，可以正常使用
如果您還是對IP地址的沖突檢測機制有疑問，歡迎留言討論！也非常高興您關注我的頭條號，一起討論網絡問題，謝謝！
