Gratuitous ARP
定義
代理arp為arp的一種特定，為了解決局域網IP地址沖突問題而產生。
組成
ARP request、ARP reply
報文內容
ARP request
源IP、MAC是自己；目的IP是檢測的IP（自己）、MAC是全0
ARP reply
源IP、MAC是自己，目的IP、MAC是發送request方
作用
- 更新伙伴arp：當設備的硬件地址發生變化時，可以發送arp request來更新同一廣播域下所有設備變化設備的arp表項；
- 檢測沖突：當arp request發出后，沒有reply，證明局域網內沒有其他使用該IP；如果收到reply后，說明局域網內有設備在使用該IP；
當主機收到reply包后，系統會提醒用戶IP地址沖突，並會周期性的發送arp reply報文，直到沖突接觸。
優點：通過周期廣播代理arp來檢測IP是否沖突；
缺點：廣播泛濫會導致局域網不穩定；
Address Conflict Detect
定義
Address Conflict Detection，地址沖突檢測，簡稱ACD。鑒於代理ARP的缺陷，RFC 5227提出ACD機制。其中ACD將arp request分為ARP probe和ARP announcement兩種；
報文
ARP probe：用於檢測IP地址沖突，發送端IP填充為0，填充為0是為了避免對其他設備的ARP cache造成污染（ARP probe報文不會使局域網中的其他設備刷新ARP映射關系，若已經有設備正在使用目標IP地址了，其通信不會受影響）
源IP是全0，MAC是自己；目的IP是檢測的IP（自己）、MAC是全0
ARP announcement：用於“昭示天下”（LAN/VLAN）本設備要使用某個IP地址了，它其實就是一個免費ARP request，即發送端IP地址和目標IP地址都是本設備IP地址的ARP request報文,
源IP、MAC是自己；目的IP是檢測的IP（自己）、MAC是全0
工作原理
- 網卡啟動或從睡眠狀態醒來時，會發送一個ARP probe；
- 發送設備收到其他主機發送的arp probe時或者ARP reply。當收到ARP reply時，證明IP有其他主機在使用了。當收到arp probe時，證明有其他主機想要這個ip。 無論是收到arp reply或者prboe，兩段將提示用戶地址沖突，並激發地址沖突處理機制。
- 如果上面兩種包都沒有收到，說明IP地址可用。設備將發送arp announcement，告訴大家這個IP已經被我在使用了，並且讓其他設備更新arp表項。
地址沖突處理機制
當檢測到IP地址沖突后，RFC5527提供了三種可選的解決機制：
- 直接放棄使用該IP地址；
- 發送一個ARP announcement來進行IP地址“守衛”，如果沖突仍然繼續存在，放棄使用這個IP；
- 無視沖突，繼續使用這個IP。
Windows系統主機的地址沖突檢測實現情況
參考本文最后參考文獻
華三交換機\路由器\防火牆 處理IP地址沖突處理機制
通過以下的實驗進行分析：
一、設備“不開啟源IP地址沖突提示功能”（默認情況）
如下拓撲所示，將SW與測試儀器互聯的地址配置為100.1.1.1/24，然后用測試儀器向SW分別持續打入3種報文。
1、 打入ARP probe
可以觀察到當SW持續收到地址100.1.1.1的ARP probe報文后，會不斷以地址100.1.1.1的免費ARP進行回應，但不會產生地址沖突的告警日志。
2、 打入ARP announcement（免費ARP request）
可以觀察到當SW持續收到地址100.1.1.1的免費ARP request報文后，會不斷以地址100.1.1.1的免費ARP進行回應，但不會產生地址沖突的告警日志。
3、打入ARP reply（發送者IP與標記IP均為100.1.1.1）
可以觀察到當SW持續收到地址100.1.1.1的免費ARP reply報文后，每隔6s會回應一個免費ARP request報文，檢測沖突是否消除，而且會生成地址沖突的告警日志。
二、設備“開啟源IP地址沖突提示功能”
重復上述三個打流過程，此時設備收到地址100.1.1.1的三種免費ARP報文后，每隔6s都會回應一個免費ARP request報文，檢測沖突是否消除，而且會生成地址的沖突的告警日志。
1、PC/服務器等終端設備通常采用RFC 5227中新的ACD檢測流程，當檢測到地址沖突后，其處理方式與RFC 5227中提供的“機制一”一致，即直接放棄對沖突地址的使用。在修改終端地址、新終端接入局域網等應用場景下，如果產生地址沖突，該方式最有利於網絡的穩定性。
2、H3C網絡設備直接采用免費ARP實現地址沖突檢測，而非RFC 5227中新的ACD檢測流程。當檢測到地址沖突時，其處理方式與RFC 5227中提供的“機制三”一致，即繼續占用沖突地址。在修改終端地址、新終端接入局域網等應用場景下，如果產生地址沖突，網絡設備比終端設備更“強勢”，終端設備更容易放棄對沖突地址的使用，這樣有利於網絡的整體穩定性。但在網絡設備間地址沖突的情況下，該機制對整網穩定性會造成持續影響。
3、當H3C網絡設備關閉源IP地址沖突提示功能時（默認情況），僅在收到免費ARP reply后，每隔6s會回應一個免費ARP request報文，檢測沖突是否消除，而且會生成地址沖突的告警日志；當開啟源IP地址沖突提示功能時，只要收到ARP報文的目標IP與本地地址一致，每隔6s會回應一個免費ARP request報文，檢測沖突是否消除，而且會生成地址沖突的告警日志
本文參考文獻：
https://zhiliao.h3c.com/Theme/details/27896 免費ARP實現IPv4地址沖突檢測原理分析（知了社區）