ARP协议解析

一、ARP协议简介

在实际应用中，我们会遇到这样的问题：知道一个机器的IP地址，却不知道其物理地址。ARP协议就是用来解决这样的问题的。

由于IP协议使用了ARP协议，所以把ARP协议归于网络层，但ARP的作用是从网络层使用的IP地址解析出数据链路层使用的物理地址，因此把其归于数据链路层也是可以的。

二、ARP协议的工作原理

每个主机都设有一个ARP高速缓存，里面存的是本局域网上各主机和路由器的硬件地址到IP地址的映射，可以用arp -a命令查看。每个缓存表都设有10~20分钟的过期时间。设置过期时间的原因有两个：（1）映射一直累计，必定要有一定的空间来保存它（2）映射关系会变化，比如一台主机更换了一块网卡。

1、在同一局域网上通信

（1）A要给B发IP数据报，A先再本地的缓存表上查一下有没有B的映射，如果有把硬件地址写入Mac帧，然后就把该Mac帧发给该硬件地址；如果没有，主机A进行全网广播

（2）ARP进程在局域网内广播发一个ARP请求分组，内容是我的IP地址是xx,硬件地址是xx，请求IP地址是xx的硬件地址。

（3）局域网上的所有主机都会收到这条消息，但是只有主机B会回应主机A

（4）主机B的IP地址与请求的地址一致，就收下这个请求分组，并给A发送一个ARP响应分组。其余主机的IP与请求的IP不一致，因此都不理睬这个请求分组。发送响应分组的时候是普通的单播，同样的，其他主机还是可以看见这个分组。

（5）接收到响应分组后A将B的映射写到缓存表中，同样的，为了减少通信量，B也会把Ａ的映射写到缓冲表中。

2、不在局域网上通信

（1）主机1要给主机2发送IP报文，主机1在网路1内广播寻找主机2的IP，找到路由器1的地址，剩下的就由路由器1来完成

（2） 路由器1要给主机2发送IP报文，路由器在网络2内广播，找到主机2的硬件地址

（3）主机1要发IP报文给主机3，这时主机1找到路由器2的硬件地址，剩下的由路由器2来完成

三、ARP数据报格式

注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。硬件类型指链路层网络类型，1为以太网，协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址，后面两个地址长度对于以太网地址和IP地址分别为6和4（字节），op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。

四、为何要使用ARP协议

既然帧传输靠的是硬件地址，为何不直接用硬件地址来通信，而要用到ARP协议来解析IP地址呢？

首先用硬件地址进行通信需要进行十分复杂的硬件地址转换工作，用户或主要无法完成，只能借助于ARP协议，以及IP地址。

ARP的转换过程都是软件自动进行的，用户是看不见的。