ARP 协议

总结 ARP 协议，包括请求、应答、免费ARP、探测和通告分组

 

ARP 协议用于网络层地址和硬件地址之间的映射，实际使用中只用于 IPv4 地址到以太网 MAC 地址的映射

ARP 协议封装在链路层中传输，并且只能工作在支持广播的网络中。协议帧如下：

 

1、ARP 请求

在本地缓存中没有需要的 IPv4 地址到 MAC 地址的映射时，就需要发送一个 ARP 请求来获取 MAC 地址

发送 ARP 请求时，链路层中的目的地址填为全 f（广播），ARP 帧里的目的 MAC 地址填为0

链路层广播	操作类型	发送方 MAC	发送方 IP	目的 MAC	目的 IP
是	1（请求）	0:0:c0:6f:2d:40	10.0.0.56	0	10.0.0.3

 

2、ARP 应答

IP 地址为 10.0.0.3 的设备收到请求后，回复一个 ARP 应答消息，消息中包括应答方的 IP 和 MAC 地址（填在发送方地址字段）

应答消息不是广播

链路层广播	操作类型	发送方 MAC	发送方 IP	目的 MAC	目的 IP
否	2（应答）	0:0:c0:c2:9b:26	10.0.0.3	0:0:c0:6f:2d:40	10.0.0.56

 

3、免费 ARP

源 IP 和目的 IP 相同的 ARP 请求叫做免费 ARP，通过广播发送：

链路层广播	操作类型	发送方 MAC	发送方 IP	目的 MAC	目的 IP
是	1（请求）	0:0:c0:6f:2d:40	10.0.0.56	0	10.0.0.56

这样只有 IP 地址和自己相同的才会回应。发送免费 ARP 后并不期望收到回应，当收到一个回应时说明有地址冲突。免费 ARP 主要用来实现两个功能：

1. 允许一台主机确定另一台主机是否配置相同的 IP 地址
2. 通知其它主机发送方主机的 MAC 地址变了，更新其它主机中的缓存

如果一个主机A接收到一个主机B的 ARP 请求，该请求的发送方B的 IP 已经在接收方A的 ARP 缓存中了，则接收主机A用请求消息里的发送方 IP、MAC 地址对来更新本地 ARP 缓存里的记录，第二点正是通过这个特性来实现的。也正是由于这个特性，在地址冲突的情况下会存在缓存污染的问题。

所以免费 ARP 又根据发送方 IP 地址是否填 0 分成了两种：探测分组和通告分组。

3.1、ARP 探测分组

发送方 IP 地址是 0 的叫探测分组，通过广播发送。当一个接口被启用或从睡眠中唤醒，或一个新的链路建立时，主机会发送一个ARP 探测分组，将发送方 IP 填为 0 避免了在 IP 地址冲突的情况下存在的缓存污染问题，用来实现免费 ARP 中的冲突检测功能：

链路层广播	操作类型	发送方 MAC	发送方 IP	目的 MAC	目的 IP
是	1（请求）	0:0:c0:6f:2d:40	0	0	10.0.0.56

 

3.2、ARP 通告分组

发送方 IP 地址不是 0 的叫通告分组，用来实现免费 ARP 中的通知 MAC 地址变更功能

链路层广播	操作类型	发送方 MAC	发送方 IP	目的 MAC	目的 IP
是	1（请求）	0:0:c0:6f:2d:40	10.0.0.56	0	10.0.0.56

 

4、免费 ARP 和探测、通告分组的关系

ARP 探测分组和通告分组属于 IPv4 地址冲突检测（ACD）功能的一部分，免费 ARP 的两个功能分别由它们实现：

1. 检测冲突的功能由探测分组实现
2. 通知 MAC 地址变更的功能由通告分组实现

 

5、以上消息的应用场景

1. 正常请求另一个 IP 地址对应的 MAC 地址时，发送请求分组，收到应答分组
2. 当一个接口被启用或从睡眠中唤醒，或一个新的链路建立时，主机会发送一个ARP 探测分组。如果收到应答分组，说明其它站已使用候选 IP 地址。如果收到其它站发送的探测请求，说明其它站也在尝试获得候选 IP 地址。这两种情况系统都会提示地址冲突，然后使用其它可用的地址（比如使用 DHCP 分配）
3. 如果前面的探测分组没有检测到冲突，则发送通告分组，更新其它站的缓存
4. ACD 持续检测收到的请求和应答消息，如果自己的地址有出现在消息的发送方 IP 地址字段中，则说明有地址冲突（只检测发送方地址，不需要处理探测分组，因为收到探测分组后用正常的应答来阻止对方继续使用此 IP 即可）。这时候有三种处理方式：①停止使用此地址；②发送通告分组，如果冲突继续则停用此地址；③不理会冲突继续使用