ARP协议

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分类专栏：数通文章标签：网络服务器网络协议

于 2023-08-27 16:16:58 首次发布

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ARP协议

ARP协议

ARP

ARP 协议报文及原理
当网络设备有数据要发送给另一台网络设备时，必须要知道对方的网络层地址（即IP地址）。IP地址由网络层来提供，但是仅有IP地址是不够的，IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。数据帧必须要包含目的MAC地址，因此发送端还必须获取到目的MAC地址。通过目的IP地址来获取目的MAC地址的过程是由ARP（Address Resolution Protocol）协议来实现的。

ARP数据包格式

ARP协议报文
网络设备通过ARP报文来发现目的MAC地址。ARP报文中包含以下字段：
Hardware Type表示硬件地址类型，一般为以太网；
Protocol Type表示三层协议地址类型，一般为IP；
Hardware Length和Protocol Length为MAC地址和IP地址的长度，单位是字节；
Operation Code指定了ARP报文的类型，包括ARP Request和ARP Reply；
Source Hardware Address指的是发送ARP报文的设备MAC地址；
Source Protocol Address指的是发送ARP报文的设备IP地址；
Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址，在ARP Request报文中，该字段值为0；
Destination Protocol Address指的是接收者的IP地址。

ARP工作过程

通过ARP协议，建立目的IP地址和MAC地址的映射。通过网络层获取目的IP地址还要判断目的MAC地址是否已知。如，在主机A发送数据给主机C时，首先获取主机C的MAC地址。

ARP缓存(ARP Cache):存放IP地址和MAC地址。

网络设备一般都有一个ARP缓存（ARP Cache），ARP缓存用来存放IP地址和MAC地址的关联信息。在发送数据前，设备会先查找ARP缓存表。如果缓存表中存在对方设备的MAC地址，则直接采用该MAC地址来封装帧，然后将帧发送出去。如果缓存表中不存在相应信息，则通过发送ARP Request报文来获得它。学习到的IP地址和MAC地址的映射关系会被放入ARP缓存表中存放一段时间。在有效期内，设备可以直接从这个表中查找目的MAC地址来进行数据封装，而无需进行ARP查询。过了这段有效期，ARP表项会被自动删除。
如果目标设备位于其他网络，则源设备会在ARP缓存表中查找网关的MAC地址，然后将数据发送给网关，网关再把数据转发给目的设备

ARP请求

如上示例：主机A的ARP缓存表中不存在主机C的MAC地址，所以主机A会发送ARP Request来获取目的MAC地址。
ARP Request报文封装在以太帧里。帧头中的源MAC地址为发送端主机A的MAC地址。
此时，由于主机A不知道主机C的MAC地址，所以目的MAC地址为广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
ARP Request报文中包含源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址，其中目的MAC地址的值为0。
ARP Request报文会在整个网络上传播，该网络中所有主机包括网关都会接收到此ARP Request报文。网关将会阻止该报文发送到其他网络上。

该例适用不知道主机C的MAC地址：
帧头的目的MAC用广播形式进行发送，ARP中目的MAC值为0，操作类型为Request。同时，网关会阻止该报文发送到其他网络。
所有主机收到后，会检查IP地址是否匹配，不匹配则不响应，匹配后主机C把源MCA和IP地址将记录到自己ARP缓存表中。发送ARP Reply进行响应。
向A发送的ARP Reply报文，源地址和源MAC都是主机C的地址，操作类型为Reply，以单播形式传送。
主机A收到Reply报文后，检查MAC地址是否匹配，然后将源MAC和源IP地址记录主机A的ARP缓存表中。

ARP响应

所有的主机接收到该ARP Request报文后，都会检查它的目的协议地址字段与自身的IP地址是否匹配。如果不匹配，则该主机将不会响应该ARP Request报文。如果匹配，则该主机会将ARP报文中的源MAC地址和源IP地址信息记录到自己的ARP缓存表中，然后通过ARP Reply报文进行响应。主机C会向主机A回应ARP Reply报文。ARP Reply报文中的源协议地址是主机C自己的IP地址，目标协议地址是主机A的IP地址，目的MAC地址是主机A的MAC地址，源MAC地址是自己的MAC地址，同时Operation Code被设置为Reply。ARP Reply报文通过单播传送。
这样主机A就可以拿到主机C的mac地址，从而封装报文进行数据发送。