ARP报文结构及其工作原理

ARP协议是以太网等数据链路层的基础协议，负责完成IP地址到硬件地址的映射。

报文结构

ARP报文结构如下：

物理网络类型		协议类型
物理地址长度	协议地址长度	操作
发送方物理地址
发送方IP地址
目标物理地址
目标IP地址

物理网络类型：也称为硬件类型，指明硬件类型，以太网为1。

协议类型：指明发送者映射到数据链路标识的网络协议的类型，IP对应0x0806.

物理地址长度：MAC地址长度为6，单位字节。

协议地址长度：网络层地址的长度，即IP地址长度为4，单位字节。

操作：操作指明ARP的操作类型，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4。

在以太网环境下的ARP报文，硬件地址为48位。

工作原理

每个主机都设有一个ARP高速缓存（ARP cache），里面有本局域网上的各主机和路由器的IP地址到物理地址的映射表（运行md：arp –a可以查看）。

具体的工作过程如下：

（1）假如当主机A要向本局域网中的某个主机B发送IP数据报时，如果在ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如有，就在ARP高速缓存中查出其对应的硬件地址，在把这个硬件地址写入MAC帧中，然后通过局域网把该MAC帧发送到此硬件地址。

（2）但是在高速缓存中，也可能查不到主机B的IP地址的项目。可能是主机B才入网，或者是主机A才刚开启，其高速缓存还是空的。这时，主机A会自动运行ARP,然后按照以下步骤找到主机B的硬件地址。

　　1）当主机A需要解析一个IP地址对应的MAC地址时，ARP进程在本局域网上会广播发送ARP请求报文。

　　2）在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求报文。当主机B收到主机A发送的ARP请求报文，并看到自己的IP地址后，会进行应答，即向主机A发送ARP响应报文，该报文是单播报文。同时，就把主机A的地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中，方便主机B向主机A发送数据。如图所示：

　　3）发起请求的主机A接收到主机B的ARP响应报文后，同样会将响应报文中发送者的IP地址和MAC地址的映射关系写入ARP高速缓存中。

ARP把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间，凡是超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。用于防止存入高速缓存中的主机物理地址突然改变（例如主机B的网络适配器突然坏掉，B立即更换了一块，其硬件地址就改变了）。