以太网ARP协议解析

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一、什么是ARP协议

ARP协议，全称是Address Resolution Protocol，即地址解析协议。

ARP协议的作用，就是在已知目标设备的IP地址但是不知道其MAC地址的时候，根据IP地址，获取到其MAC地址，以便组成完整的IP包进行通信。

完整的IP数据包，由目标MAC、源MAC、目标IP、源IP等等信息组成。关于IP协议包部分，后面我们再讨论，本文只讨论怎么根据IP地址获取MAC地址。

完整的ARP协议包含两部分，ARP请求和ARP应答。

下图是ARP请求的示意图，主机AIP地址为192.168.1.102，需要获取192.168.1.10这个IP地址的设备的MAC地址，便会以单播的形式发送ARP请求包。

下图是ARP应答的示意图。主机B的IP地址刚好为192.168.1.10，那么他收到ARP请求包后，会返回ARP应答包，该数据包中包含主机B的MAC地址。

ARP数据包的格式如下图：

具体解析如下：

名称	字节数	数值	含义
硬件类型	2字节	0x0001	硬件地址的类型，此处应为以太网硬件，固定为0x0001
协议类型	2字节	0x0800	要映射的协议地址类型。ARP 协议的上层协议是IP协议，即获取IP协议的MAC地址，此处为IP协议类型，即0x0800。
硬件地址长度	1字节	0x06	MAC 地址长度，MAC地址固定6个字节
协议地址长度	1字节	0x04	IP 地址的长度，固定为4个字节
OP	2字节	/	操作码，0x0001表示ARP请求，0x0002表示ARP应答
源MAC地址	6字节	/	发送端的MAC地址，比如0x0011_2233_4455
源IP地址	4字节	/	发送端的IP地址，比如192.168.1.10
目的MAC地址	6字节	0x0000_0000_0000	目标设备的MAC地址，由于此地址未知，此处应该是0x0000_0000_0000
目的IP地址	4字节	/	目标设备的IP地址

这里需要注意的是，由于以太网协议中有效数据最少是46字节，而ARP数据包总共为28字节，因此为了满足以太网传输的要求，需要填充18个字节的数据（一般填充0x00）。

根据以太网协议的格式，参考文章：

准确的字段描述可以参考下表：

下图是从wiresharkz中抓包的ARP请求和ARP应答包。

主机192.168.10.151请求主机192.168.10.100的MAC地址。然后主机192.168.10.100返回其MAC地址为E880_88BA_9F36。

ARP请求包的具体数据如下：

将数据带入到ARP协议的以太网帧中，表示如下：

ARP应答包具体数据如下：

将数据带入到ARP协议的以太网帧中，表示如下：

协议类型	名称	字节数	数值	含义
以太网协议	目的MAC地址	6字节	0x0006_7743_EB39	目标MAC地址
	源MAC地址	6字节	0xE880_88BA_9F36	源MAC地址
	长度/类型	2字节	0x0806	ARP协议
ARP 协议	硬件类型	2字节	0x0001
	协议类型	2字节	0x0800	请求IP协议的MAC地址，为IP协议类型
	硬件地址长度	1字节	0x06
	协议地址长度	1字节	0x04
	OP	2字节	0x0002	ARP应答
	源MAC地址	6字节	0xE880_88BA_9F36
	源IP地址	4字节	0xCA08_0A64	源IP地址：192.168.10.100
	目的MAC地址	6字节	0x0006_7743_EB39
	目的IP地址	4字节	0xC0A8_0A97	源IP地址：192.168.10.151
	18字节的填充	18字节	0x00	此处正常应该有18个字节的填充，但是电脑的ARP应答中未增加此填充。我们自己做设计的时候，建议还是按照标准协议，增加上18字节的填充。