TCP-IP详解卷1-04：ARP：地址解析协议(Address Resolution Protocol)

TCP-IP详解卷1-04：ARP：地址解析协议(Address Resolution Protocol)

一：基本功能

1： 地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。

在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。

在TCP/IP协议栈中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP协议时，数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。

于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址。这就是ARP协议要做的事情。

2： ARP代理（ARP Proxy）

当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道目的主机的MAC地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。

所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的某个端口的MAC地址。

于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。

二：ARP分组格式：以太网首部（14B）+ ARP请求/应答（28B）

1： 以太网首部（14B）：以太网目的地址(6B)+以太网源地址(6B)+帧类型(2B)

以太网目的地址：当目的地址位全1时，是特殊地址，表示广播地址

以太网源地址：

帧类型：0x0806

2： ARP请求/应答（28B）：硬件类型(2B)+协议类型(2B)+硬件地址长度(1B)+协议地址长度(1B)+OP(2B)+发送端以太网地址(6B)+发送端IP地址(4B)+目的以太网地址(6B)+目的IP地址(4B)

硬件类型（硬件地址类型）：1表示以太网地址

协议类型（协议地址类型）：0x0800表示IP地址

硬件地址长度：对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，值为6

协议地址长度：对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，值为4

OP：只是四种操作类型，1表示ARP请求，2表示ARP应答，3表示RARP请求，4表示RARP应答。

发送端以太网地址：

发送端IP地址：

目的以太网地址：

目的IP地址：

三：工作原理

以主机A（192.168.1.5）向主机B（192.168.1.1）发送数据为例。

当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。

如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可以了；

如果在ARP缓存表中没有找到目标IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播，A主机MAC地址是“主机A的MAC地址”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“我是192.168.1.5，我的硬件地址是"主机A的MAC地址".请问IP地址为192.168.1.1的MAC地址是什么？”网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应：“192.168.1.1的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息了。

同时A和B还同时都更新了自己的ARP缓存表（因为A在询问的时候把自己的IP和MAC地址一起告诉了B），下次A再向主机B或者B向A发送信息时，直接从各自的ARP缓存表里查找就可以了。ARP缓存表采用了老化机制（即设置了生存时间TTL），在一段时间内（一般15到20分钟）如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。