ARP协议
ARP协议
网络层协议
产生背景：为了实现数据链路层的封装
全称：地址解析协议
作用：根据目的IP地址，请求目的MAC地址。
一、ARP报文
简介
①ARP工作在二层，ARP报文不能穿透路由器，只能在同一广播域传递
②重要字段：发送者MAC、发送者IP、目的MAC、目标IP
③报文类型：ARP请求，ARP应答
Hardware Type表示硬件地址类型，一般为以太网；
Protocol Type表示三层协议地址类型，一般为IP；
Hardware Length和Protocol Length为MAC地址和IP地址的长度，单位是字节；
Operation Code指定了ARP报文的类型，包括ARP Request和ARP Reply；
Source Hardware Address指的是发送ARP报文的设备MAC地址；
Source Protocol Address指的是发送ARP报文的设备IP地址；
Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址，在ARP Request报文中，该字段值为0；
Destination Protocol Address指的是接收者的IP地址。
1.ARP request报文
ARP请求报文。用于根据目的IP地址请求目的MAC地址。
以太网帧头中：目的MAC为全1.FF-FF-FF-FF-FF-FF.表示ARP请求报文是以广播形式发送。
报文基本格式：
源MAC地址：为单播MAC地址。
源IP地址：为单播IP地址。
目的MAC地址：为全为1，表示未知MAC地址
目的IP地址：为单播IP地址。
2.ARP reply报文
ARP应答报文。用于响应ARP请求报文，应答报文中携带有需要请求的MAC地址。
以太网帧头中：目的MAC为单播，表示以单播的形式回应。
报文格式：
源MAC地址：为单播MAC地址。
源IP地址：为单播IP地址。
目的MAC地址：为单播MAC地址
目的IP地址：为单播IP地址。
二、ARP工作流程
广播请求，单播回复
1.相同网段之间的互访；
①当主机A要去访问时主机C时；
首先填充目的MAC，会先查找自己ARP缓存表，如果ARP缓存表没有，则广播发送ARP request报文
②主机C收到主机A的ARP request报文;
会判断请求的目标是否为自己。是，则先记录主机A IP+主机A MAC到ARP缓存表，并单播回复ARP reply报文
主机B收到主机A的ARP request报文，查看DMAC后，发现DMAC!=自己的MAC，会丢弃
③主机A收到主机C的ARP reply报文；
记录主机C IP + 主机C MAC到ARP缓存表
④主机A向主机C发送消息
2.不同网段之间的互访；
注意:路由器隔离广播域，不会转发广播的报文，但是会接受，并学习。
ARP代理：路由器将自己的MAC返回给发送ARP广播请求发送者，实现MAC地址代理（善意的欺骗）
当主机A要去访问时主机B时
假设三台设备上ARP缓存表为空
①发送ARP request报文给网关
该请求报文中，目的MAC地址未知，目的IP地址为网关的ip地址。
网关设备会记录主机A IP+主机A MAC到ARP缓存表，
②网关设备回送一个ARP reply报文给主机A，同时发送ARP request报文给主机B
给主机A的 reply报文中，SMAC地址为网关，SIP地址为网关，目的MAC地址为主机A，目的IP地址为主机A。
主机A收到reply报文会记录网关 IP+网关 MAC到ARP缓存表，然后用该目的MAC进行数据包的封装。将数据包发送给到网关。
给主机B 的request报文，SMAC地址为网关，SIP地址为网关，目的MAC地址为未知，目的IP地址为主机B。主机B会将收到的request报文内容记录到ARP缓存表中
③主机B回应ARP reply报文给网关
给网关的reply报文，SMAC地址为主机B，SIP地址为主机B，目的MAC地址为网关，目的IP地址为网关。网光收到reply报文会记录到ARP缓存表中
自此ARP请求结束，自始至终主机A不会得到主机B的MAC地址，主机B同样也不会有主机A的MAC地址，因为在ARP请求过程中网关不会转发一个网段的ARP报文到另一个网段中，而会使用ARP代理功能，告诉主机A：如果你要访问主机B，找我就可以了，我能搞定。
下面这个小实验的图可以体现：
PC0和PC1处于不同网段，PC0 ping PC1后，PC0和PC1的ARP缓存表都只有各自网段网关的ARP条目
三、ARP缓存表的组成
作用
1、用于存放IP地址和MAC地址的对应关系。
2、用于决定访问时，是否需要发送ARP请求报文。
内容
IP + MAC + tpye（学习方式）
查看
在本地cmd上输入如下命令；
arp -a
学习方式：
①动态：通过ARP报文进行学习，存在老化时间，1200s
②静态：通过管理员手动添加IP+MAC,不存在老化时间
③优先级：静态>动态
四、免费ARP
免费ARP报文的源IP地址和目的IP地址相同
作用：
检测网络中是否存在IP地址冲突
实现：通过特殊的ARP请求报文（目标IP为自己）进行实现
触发条件：
1.手工配置了IP地址的时候
2.通过DHCP动态获取IP地址时
工作原理：
如果不存在ip地址冲突，就没有回应，如果存在IP地址冲突，那么就会收到ARP的reply报文。
