深入理解LVS篇：网络通信原理（二）局域网间通讯之ARP协议

上一篇文章我简单讲述了一个数据报文是如何在局域网中转发的，简单的回顾一下流程：

• 主机封装数据报文，其中包含请求体、源IP、目标IP和源MAC地址等信息。
• 报文经过交换机，交换机将报文发送给路由器进行解析。
• 路由器将报文的目标IP与路由表中的子网掩码进行逻辑与运算，得到目标网段，并根据匹配的目标网段的路由网关进行转发。

在文章的末尾我还说了，如果在交换机中已经记录了当前局域网中所有设备的映射，那么报文是不会经过路由器进行转发的，那么交换机是如何做到的呢？我们来了解一个协议–ARP协议

什么是ARP协议

首先，ARP协议是三层网络协议，也就是基于网络层的协议。在网络层协议中，数据的报文将仅关注IP地址和MAC地址这些信息，LVS其实也是基于三层网络协议的(其实是伪三层，因为LVS会偷窥数据包的握手信息)。

大白话来讲，ARP协议就是用来广播统一局域网段内机器的IP和MAC信息的。

ARP协议的工作流程

还是以之前的局域网络拓扑为例：

如果主机10想要和11进行通讯，会经历以下几个步骤：

• 创建一个ARP协议格式的报文，报文的目标MAC地址全为F，目标IP为11。
• 报文发送至交换机，交换机发现是一个ARP协议的报文，会将此报文通过自己记录的端口进行广播。
• 11和12两台主机都接收到ARP报文，12发现目标IP与自己本机IP不符，将此报文丢弃；11发现与本机IP一致，将自己的MAC地址也封装成ARP协议的报文，发送给交换机。
• 主机10收到报文，将11的MAC地址缓存到本地的ARP列表中。

这里需要说明的一点是，在第三步中，主机11将自己的MAC地址封装成ARP协议报文，其实是一个将原来的报文进行替换的过程，如下图：

交换机在这些报文一来二去的通讯过程中，会记录自己的端口与所连主机的映射关系：

比如上图的交换机连接了3台主机，对应的端口分别为1，5，7。主机第一次通过交换机发送报文的时候，交换机会把端口对应的主机的MAC地址记录下来，如此通讯多次后，交换机内部就能具备能够告知各个主机节点去路的能力。由于交换机仅记录MAC地址，所有交换机属于二层协议的设备。

下一篇文章我们将跨入互联网通讯，探明互联网中的两台主机是如何进行通讯的，并介绍NAT、DR、TUN等知识。