地址解析协议 ARP

一、 ARP 简介

ARP 协议英文名叫作：“Address Resolution Protocol”——地址解析协议。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目的逻辑地址

转换成目的物理地址的过程。在使用 TCP/IP 协议的以太网中，ARP 协议完成将 IP 地址映射到 MAC 地址的过程。

在TCP/IP协议模型中，一共有五层，也就是物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。在数据链路层中的地址称为MAC地址或者叫作以太网地址（Ethernet address）。

什么是MAC地址？

我这里稍微讲解一下MAC地址，MAC地址全称叫做 MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址，在数据链路层传输，一共48位，每一个网卡对应了一个全球唯一的MAC地址，在网线中传输，就是通过MAC地址来传输到你的电脑网卡上。

什么是IP地址？

IP地址，网络协议地址（Internet Protocol address）的简称。属于网络层，在网络中唯一标识一台主机，一共32位，在网络层和传输层传输数据包时，就是用IP来标识进行传输的。

为什么要用ARP协议呢？

如果你知道了MAC地址，又知道了IP地址，那么问题就来了，网络层只识别IP地址，而数据链路层则只识别MAC地址。所以我们需要一个映射，来讲MAC地址和IP地址对应起来，这样我们通过MAC地址知道了IP地址，通过IP地址也就知道了MAC地址。这个映射就是ARP协议，将IP地址映射到MAC地址，而RARP，也就是反向地址解析协议，也就是把MAC地址映射成IP地址，这样的话，IP地址和MAC地址也就对应起来了。

二、ARP协议具体使用

试想一下，有一个交换机很多主机，其中包括主机A和主机B。现在主机A需要将一个数据包通过交换机传输给主机B，现在主机A已经知道了主机B的IP地址了，但不知道主机B的MAC地址，而交换机是通过网线传输给主机B的，需要知道主机B的MAC地址，这时候交换机就会使用ARP协议来获取主机B的MAC地址了。

ARP 运行过程可分为如下步骤：

一、首先，发送端必须知道目的端的 IP 地址，也就是主机A必须知道主机B的IP地址了。

二、 IP 要求 ARP 创建一个 ARP 请求报文，其中包含了主机A的MAC地址、主机A的 IP 地址和主机B的 IP 地址。主机B的MAC地址不知道，则会用 0 填充，也就是此时主机B的MAC地址为全0。

三、将报文传递到数据链路层，并在该层中用主机A的MAC地址作为源地址，用物理广播地址作为目的地址，将其封装在一个帧中，（全0或者全F的MAC地址为广播地址）。

四、因为该帧中包含了一个广播目的地址（全F的MAC地址），所以同一链路中的每个主机或路由器都接收到这个帧。所有接收到该帧的主机都将其传递到 ARP 层进行处理。除了主机B以外的，因为IP不是自己的，所以其他主机都丢弃该报文，只有主机B会接受该报文。

五、主机B用一个包含它的MAC地址的 ARP 应答报文做出响应，该报文的源IP地址、源MAC地址都为主机B的地址，目的IP地址和目的IP地址为主机A的地址，并对该报文进行单播传回给主机A。

六、主机A接收到这个应答报文，就知道了主机B的MAC地址。

ARP 地址解析过程如下图所示。

这就是ARP传输的道理了，通过ARP协议来已知IP地址来获取MAC地址。

已经知道了以后，ARP会建立ARP缓冲表来存储IP地址和MAC地址，就不需要再通过广播和单播来传了。

三、ARP 高速缓存

在真正的协议实现中，并不是每次发送 IP 报文前都需要发送 ARP 请求报文来获取目的 MAC 地址（像上面这来获取）。而是直在大多数的系统中都存在着一个 ARP 缓存表。

ARP 缓存表记录着一段时间内曾经获取过的 MAC 地址和 IP 地址的映射关系。所以发送 IP 数据报前先对 ARP 缓存表进行查找，查看目的 MAC 地址是否存在于缓存表中，如果存在，则不需要发送 ARP 请求报文而直接使用此地址进行 IP 数据包的发送。如果不存在，则发送 ARP 请求报文，在收到 ARP 应答报文之后，使用应答报文中的目的 MAC 地址发送 IP 数据包，并将目的 MAC 地址存于 ARP 缓存表中供以后使用。

这样就是ARP协议，你学会了吗？