ARP协议

ARP(Address Resolution Protocal)协议
    适用于链路层的协议,功能是将唯一的目的IP地址转换为唯一的MAC地址。
    ARP的作用有点像DNS,DNS是通过域名找到对应的IP地址,

    实例分析ARP过程:
    ARP的使用要分两种情况:
    1) 与子网内机器通信,如
        Client A要发送IP数据报道Client C,他们都在222.222.222.0/24这个子网内,现在的链路层接口卡内部都有一个缓存设备,可以保存一定条数的IP与MAC地址的映射,设备A可能有如下表,缓存表中的每一条记录都有失效时间的,一般为20min.
        
222.222.222.3
14-e6-e4-91-99-a2
10:20:10
        现在Client A 想向Client C发送数据包(Client C的IP地址已经通过DNS获取到了),首先查看缓存表,如果存在,直接将发送帧中都MAC地址设置为记录内容,并发送出去就可以了,如果不存在,就需要通过ARP查询包来获取Client C的MAC地址,首先将链路层帧的MAC地址设置为ff-ff-ff-ff-ff-ff(广播MAC地址),IP地址设置为Client C的IP即可,这样子网内的所有机器都会接受到此ARP查询包,然后获取到其中包含的目的IP地址与自己的匹配,如果相同则向Client A发送ARP响应包,并将其MAC地址更改为自己MAC地址。当Client A接受到Client C的ARP响应包,则知道Client C的MAC地址,将要发送IP数据包封装到帧中,设置MAC地址完成发送到网络中即可。
    2) 与外网机器通信, 如
        Client A 要想 Client B发送IP数据报,A 与 B在不同的子网内,ARP协议只在子网内有效,跨网络使用会返回错误的。要想发送到B主机,需要先将封装有IP数据报的帧的MAC地址设置为A所在子网的路由的MAC,目的IP设置为B的IP即可,当R接受到此帧后,然后查询本地缓存表,拿到B的MAC地址,修改帧,重新发送到B所在子网即可。

有道笔记连接: http://note.youdao.com/share/?id=6298f5a8891f2c9185b1bd424d8833c3&type=note
### ARP协议的工作原理 ARP(Address Resolution Protocol)是用于将IP地址解析为MAC地址的协议。在网络通信中,数据传输依赖于MAC地址而非IP地址。每个设备在发送数据之前,必须知道目标设备的MAC地址。如果只知道目标设备的IP地址而不知道其MAC地址,则需要通过ARP协议进行查询。 当一个设备需要解析目标设备的MAC地址时,它会广播一个ARP请求帧。该请求帧包含自己的IP地址和MAC地址作为源信息,以及目标设备的IP地址[^3]。所有接收到此广播的设备都会检查是否与请求中的目标IP地址匹配。如果匹配,则目标设备会向发起请求的设备发送一个单播ARP应答帧,其中包含其自身的MAC地址[^1]。 #### ARP缓存的作用 为了提高效率并减少网络中的广播流量,设备通常会维护一个ARP缓存表。这个表记录了已知IP地址与MAC地址之间的映射关系。当设备需要解析某个IP地址对应的MAC地址时,首先会在本地ARP缓存中查找。如果找到匹配项,则直接使用缓存中的MAC地址;如果没有找到,则发起ARP请求[^5]。 #### ARP协议与MAC地址的关系 ARP协议的核心功能就是建立IP地址与MAC地址之间的映射关系。在网络通信中,IP地址用于标识主机的位置,而MAC地址用于标识主机的物理接口。当两台主机位于同一子网内时,它们可以直接通过ARP协议解析彼此的MAC地址并进行通信。如果两台主机不在同一子网内,则需要通过路由器转发数据包。在这种情况下,源主机首先需要解析默认网关(通常是路由器接口)的MAC地址,然后将数据包发送给路由器[^3]。 ```python # 示例代码:模拟ARP请求与应答过程 class ARP: def __init__(self): self.cache = {} def request(self, source_ip, source_mac, target_ip): print(f"Broadcasting ARP request: Who has {target_ip}? Tell {source_ip}") return {"type": "request", "source_ip": source_ip, "source_mac": source_mac, "target_ip": target_ip} def reply(self, source_ip, source_mac, target_ip, target_mac): self.cache[target_ip] = target_mac print(f"Sending ARP reply: {source_ip} is at {source_mac}") return {"type": "reply", "source_ip": source_ip, "source_mac": source_mac, "target_ip": target_ip} # 创建ARP实例 arp = ARP() # 发起ARP请求 request_packet = arp.request("192.168.1.10", "AA-BB-CC-DD-EE-FF", "192.168.1.1") # 接收ARP应答 reply_packet = arp.reply("192.168.1.1", "00-11-22-33-44-55", "192.168.1.10", "AA-BB-CC-DD-EE-FF") ```
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