ARP 基础知识

ARP

背景：

    源端设备给目的端设备发送数据时，必须知道目的端设备的IP地址(由网络层来提供)，同时也需要目的地址的MAC地址，这样IP数据报文封装成帧才能通过数据链路进行发送。ARP协议就是通过目的地址来获取目的MAC地址用的。

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目标：

1. 掌握ARP的工作原理
2. 理解ARP缓存表的作用

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ARP

•  TCP/IP协议簇之一
• 通过目标IP地址获取目标MAC地址，实现链路可达性。
• 数据链路层

• 数据包封装：

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• ARP数据包格式

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  • 局限性：不能穿越路由器，不能被转发到其他广播域。

  • ARP报文

    • Hardware Type 硬件地址类型，一般都是以太网
    • Protocol Type 表示三层协议地址类型，一般为IP
    • Operation Code 指定了ARP报文的类型
      • ARP Request 
      • 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 接受者MAC地址
      • 该字段在ARP Request报文中
    • Destination Protocol Address 接受者的IP地址

  • ARP工作过程

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    • 只知道IP地址不行，还需要知道MAC地址
    • 原理：通过ARP协议，网络设备可以建立IP地址和MAC地址之间的映射。网络设备通过网络层获取到目的IP地址后，判断MAC地址是否已知

  • ARP缓存

    • 

    • ARP缓存表

      • 设备：网络设备
      • 作用：存放IP和MAC地址的关联信息
      • 应用：
        • 同一网络
          • 设备在发送数据前，会查找ARP缓存表
          • 缓存表中不存在，则会发送ARP Requset报文获取它。（有时效）
          • 在有效期内，设备可以直接从表中查到目的MAC地址进行数据封装。时效后，自动删除
        • 不同网络
          • 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，网关再把数据发送给目地设备

  • ARP请求

    • 
    • 实例：主机A中无主机C的MAC地址，如何发送：
      • 发送ARP Request来获取目的MAC地址
        • ARP Requset报文封装在以太帧里，由于目的MAC地址是空，则自动为FF-FF-FF-FF-FF-FF(广播地址)
          • 该网络中所有设备包括网关都会接受到此报文。
          •  网关阻止报文发送到其他网络。

  • ARP响应（同一网段内）

    • 
    • 主机收到ARP Requset报文
      • 是本机的IP地址
        • 主机会将ARP报文中的源MAC地址和源IP地址记录在自己ARP缓存表中。
      • 不是本机的IP地址
        • 不会影响该报文
    • 通过ARP Reply报文进行响应
      • 
      • 主机C向A回应ARP Reply报文。
        • Operation Code设为Reply
        • 单播传送
      • 主机A收到后，将其IP和MAC地址存入自己的ARP缓存表内

  • ARP代理（不同网段）

    • 
    • 主机A的APR Request报文通过广播的方式发送到路由器，但路由器并不会转发，所以ARP代理就是收到这个请求，将报文转发到主机B。
    • 流程
      • 启动ARP代理
      • 路由器收到请求后，查找路由表
        • 如果存在主机B的路由表项，路由器将会使用自己的G0/0/0接口的MAC地址来回应此ARP Request。
        • 如果不存在主机B的路由表？那就不会处理此报文
      • 主机A收到ARP Reply后，将路由器的G0/0/0/0接口MAC地址作为目的MAC地址进行数据转发。

  • 免费ARP（探测IP地址是否冲突）

    • • 
    • 主机被分配的IP或者变更后，必须检测此IP是否在此网络里是唯一的，避免地址冲突。主机发送ARP Requset报文进行地址冲突检测
      • 主机将自己的IP地址封装为目的地址，此网络中的所有主机包括网关都会收到此报文，当已经被使用，就会收到Reply报文，以此来检测IP地址冲突。

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提问：    

1. 网络设备在什么情况下会发送ARP Requset

   ARP缓存表中没有目标MAC地址时

2. 网络设备什么时候会产生免费ARP？

   IP地址被分配时或者被更改时。