ARP

ARP是通过一个查找表（ARP缓存）来执行这种转换的。当在ARP缓存中没有找到地址时，则向网络发送一个广播请求，网络上所有的主机和路由器都接收和处理这个ARP请求，但是只有相同IP地址的接收到广播请求的主机或路由器，发回一个ARP应答分组，应答中包含它的IP地址和物理地址，并保存在请求主机的ARP缓存中。其他主机或路由器都丢弃此分组。

 

 

 

 以太网帧格式如上图下面的表格，6个字节的目的地址（目的主机的MAC地址），6个字节的源地址（本机的MAC地址）

 帧类型字段为2个字节，802.3中表示数据长度，ETHERNET II中表示帧类型。比如0x0800表示后面的报文是IP协议报文，0x0806表示后面的报文是ARP协议报文。通常小于0x0800表示数据长度。

在以太网（ARP协议只适用于局域网）中，如果本地主机想要向某一个IP地址的主机（路由表中的下一跳路由器或者直连的主机，注意此处IP地址不一定是IP数据报中的目的IP）发包，但是并不知道其硬件地址，此时利用ARP协议提供的机制来获取硬件地址。

过程如下：

1) 本地主机在局域网中广播ARP请求，ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址。意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址”。

2) 目的主机的ARP层解析这份广播报文，识别出是询问其硬件地址。于是发送ARP应答包，里面包含IP地址及其对应的硬件地址。

3) 本地主机收到ARP应答后，知道了目的地址的硬件地址，之后的数据报就可以传送了。

PC1发送的请求广播包同时被其他主机收到，然后PC3和PC4收到之后（发现不是问自己）则丢弃。而PC2收到之后，根据请求包里面的信息（有自己的IP地址），判断是给自己的，所以不会做丢弃动作，而是返回ARP回应包。

 大部分网络协议在设计的时候，都需要保持极度克制，不需要的交互就砍掉，能合并的信息就合并，能不用广播就用单播，以此让带宽变得更多让网络变得更快。

 

 

硬件类型：2个字节，定义网络类型，以太网是类型1，取值0x0001。也就是说ARP协议不仅仅应用于以太网协议，还可以支持别的链路层协议。

协议类型：2个字节，定义协议类型，对应IPv4协议，值为0x0800。即0x0800表示IP协议。

硬件地址长度：1个字节，定义以字节为单位的物理（硬件）地址长度，如果是以太网，则为6个字节（MAC地址长度）。

协议地址长度：1个字节，定义以字节为单位的逻辑（协议）地址长度，如果是IP协议，则是4个字节（IP地址长度）。

操作类型：2个字节，定义分组的类型，有4中操作类型。

        ARP请求  ：0x0001

        ARP应答  ：0x0002

        RARP请求：0x0003

        RARP应答：0x0004

发送端以太网地址（硬件地址）：如果是以太网，则是源主机以太网地址（MAC地址），此处和以太网头中的源地址对应。

发送端IP地址：如果是IP协议，则表示源主机的IP地址。

目的以太网地址：如果是以太网，则是目的以太网地址（MAC地址），和以太网头中的目的地址对应。

目的IP地址：如果是IP协议，则表示源主机要请求硬件地址的IP地址。

对应ARP请求包来说，目的端的硬件地址字段无须填充（需用全0替代），其他字段都需要填充。对于ARP回复包来说，所有字段都需要填充。

 

APR请求包是广播的，但是ARP应答帧是单播的。

 

对于一个ARP请求来说，除目的地址外的所有其他字段都有填充值，当系统收到一份目的为本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个发送端地址分别替换两个目的地址，并把操作字段改为2，最后把它发送回去。

根据以太网协议规定，以太网数据报最小长度是64字节（14字节的以太网头，包含4字节的FCS），而ARP报文数据长度为28字节，这样总长度为46字节，需要在以太网帧结构中的PAD字段填充18个字节，达到以太网数据报最小长度64字节，可填充0。

 

需要注意的问题：
  ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络，剩下的工作就由下一个网络来做。

  从 IP 地址到硬件地址的解析是自动进行的，使用主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址，默认情况下ARP缓存的过期时间是两分钟。
 ARP缓存表

windows下可以使用arp -a命令查看arp缓存表中的信息：
  arp –d清除本机arp缓存表
  arp –a查看本机当前arp表
  arp –s绑定arp地址（注意：本次机器生效，下次重启后会全部失效）

  在每台安装有TCP/IP协议的电脑或路由器里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址与MAC地址是一对应的，如图所示：

 

其实对于ARP协议来说，还有其他类型的ARP协议，比如：代理ARP协议。

一般来说，网络设备，包括电脑都会有arp缓存，arp缓存用来存放ip地址和mac地址的信息。在发送数据前，会先查找arp缓存表，如果缓存表中有对方的mac地址，则直接采用该mac封装数据帧，然后转发，如果不存在，则通过arp请求报文询问学习，然后将学习到的ip地址和mac地址的映射关系存放到arp缓存表中。