【计算机网络】网际层协议--ARP&RARP

TCP/IP的四层结构分别是：网络接口层、网际层、传输层、应用层。本文分享关于网际层的两个基本协议：ARP，RARP。

地址解析协议ARP：

1.为什么需要地址解析协议？

通常A主机向B主机进行发送数据，A主机一般是知道B主机的IP地址，光有一个IP地址就可以发送数据吗？不是的，在网络接口层，位于局域网内部的主机都是通过MAC地址进行通信的，所以我们就应该能把给定的IP地址转为MAC地址，地址解析协议就是来解决这个问题的。

2.如何通过地址解析协议根据对方主机的IP地址获取对方主机的MAC地址？

其实地址解析协议ARP就是为网络接口层进行服务的，因为网络接口层进行数据传输的时候才需要对方的MAC地址。然而，我们必须在网络层完成地址解析协议，因为IP地址只对网络层以及以上的层是可见的，对网络层以下的层均是透明的。

ARP数据报的格式：

有人说，以太网首部的源地址、目的地址和ARP地址应答中的源地址、目的地址是否有重复？答案是否。如果链路层不是以太网，首部还是需要的。

举例说明ARP地址解析协议：

A主机向B主机发送数据，A主机的ip地址为ip1，硬件地址（MAC地址）是m1，B主机的ip地址是ip2，硬件地址为m2（未知）。通过B主机的ip地址得到B主机的硬件地址。

ARP请求的数据报格式为：

目的主机收到ARP请求之后，就会发出ARP应答，应答的数据报情况是：

这个时候，两台主机就可以进行通信了。那么问题又来了，下次A主机还要和B主机进行通信（或者其他主机要给B主机进行发送数据）的时候，还是需要进行ARP协议获取B主机的MAC地址。所以，在网络层，就会存在一个高速缓存，用来存储主机的ip地址到硬件地址的映射关系，所以，下次需要和B主机进行通信的时候，只需要在ARP高速缓存中查找B的硬件地址即可。但是，B的硬件地址也是一直都不变的吗？如果有一次B的网络适配器突然坏了，B马上换了一个，这时，B的硬件地址就改变了，所以ARP缓存中的数据就是无效数据，所以，ARP缓存中的数据也是需要不断更新的。

可以通过arp -a命令来查看当前的arp缓存；也可以通过ifconfig命令查看当前机子的ip地址和硬件地址。

注意：ARP解决的是同一个局域网内部IP地址和硬件地址的映射问题。如果源主机和目的主机不是在同一个局域网内部，就无法进行地址的转换（在ARP请求的时候，只有局域网内部的所有主机才可以收到请求，所以此时的目的主机就无法收到ARP请求），解决办法：

路由器：是工作在网络层的设备，具有交换机的功能。假设源主机和目的主机之间只需要一个路由器R就可以。源主机发送给目的主机的数据报通过路由器R来转发，源主机需要将路由器的IP地址解析为硬件地址，然后把IP数据报发给路由器R，此时路由器R将目的主机的的IP地址解析为硬件地址，这样也就实现了地址的转换。

使用ARP的几种典型情况：

（1）发送方是主机，接收方是同一个局域网内部的其他一个主机，此时发送方的主机以广播的形式在发送方所属的局域网内部发出ARP请求，直接找到目的主机的硬件地址；

（2）发送方是主机，接收方是不同网络中的其他主机，这时，发送方主机通过路由器进行转换；

（3）发送方是路由器（R1），接收方是与该路由器R1直接相连的一个网络中的主机，这时R1通过ARP请求分组，找到接收方主机；

（4）发送方是路由器R1，接受方是在不与R1直接相连的网络中，这时R1发送请求，依次通过到达接收方主机的所有路由器，找到硬件地址。

反地址解析协议RARP：将MAC地址转换为IP地址，这个实现起来就没有ARP那么复杂了，直接给已知硬件地址目的主机发送信息，直接可以获取其IP地址。

如果我们将ARP比喻为：问身份证号为******的同学的姓名（所有收到信息的同学都看自己的身份证号是否和那个身份证号匹配，不匹配就不管了，匹配的同学说出自己的姓名）；那么RARP就是，问某某同学的身份证号（直接交到某同学，同学说出自己的身份证号），所以，后者实现起来比较容易。