ARP地址解析协议深入

一 ARP地址解析协议

将计算机的网络地址（IP地址32位）转化为物理地址（MAC地址48位）

ARP数据格式



以太网目的地址：是硬件地址，包含六个字节的地址。例如： 00 1f 3cd1 b6 7d

以太网源地址：  是发出给ARP包的主机地址。格式与目的地址相同

以太帧类型： 用来表明上层协议的类型，如果是ARP协议的话就为：0806 。

硬件类型：如果是以太网则硬件类型为：0001 。

协议类型：这里一般写的是：0800 表示IP类型，ARP是IP协议族中的一个。 

硬件地址长度：指的是MAC地址的长度，长度为6 单位是字节 。

协议地址产度：如果是IP4则这个值为4,单位是字节 。

Op为操作方式：如果为1则为请求包；如果为2则为回应包。

这里假设源主机为：A ，目的主机为：B 。其请求和回应这个都不变。

如果是请求包的话：

      以太网首部的目的MAC地址为：FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播包。

      ARP字段中的目的主机MAC地址字段为：00:00:00:00:00:00(十六进制表示) 起到填充的作用。

      op操作符字段为：0001

如果是回应包的话：  

     以太网首部的目的MAC地址为：源主机的MAC地址。

     ARP字段中的源主机MAC地址字段为：目的主机的MAC地址。

     op操作符字段为：0002。    

二 ARP协议工作过程





当一个基于TCP/IP的应用程序需要从一台主机发送数据给另一台主机时，它把信息分割并封装成包，附上目的主机的IP地址。然后，寻找IP地址到实际MAC地址的映射，这需要发送ARP广播消息。当ARP找到了目的主机MAC地址后，就可以形成待发送帧的完整以太网帧头。最后，协议栈将IP包封装到以太网帧中进行传送。

在图中，当主机A要和主机B通信（如主机A Ping主机B）时。主机A会先检查其ARP缓存内是否有主机B的MAC地址。如果没有，主机A会发送一个ARP请求广播包，此包内包含着其欲与之通信的主机的IP地址，也就是主机B的IP地址。

当主机B收到此广播后，会将自己的MAC地址利用ARP协议响应包传给主机A，并更新自己的ARP缓存，也就是同时将主机A的IP地址/MAC地址对保存起来，以供后面使用。主机A在得到主机B的MAC地址后，就可以与主机B通信了。同时，主机A也将主机B的IP地址/MAC地址对保存在自己的ARP协议缓存内。

 

Ping过程详解

主要的Ping有两种情况，一种是同一网段，一种是跨网段的。拓扑图：





如果主机A要Ping主机B

主机A就要封装二层报文，他会先检查自己的MAC地址，如果没有B的MAC地址，就会向外发送一个ARP广播包，如图：

         


其中ARP报文格式如下：




       
   OP表示：1：表示ARP请求；2：表示ARP应答；3：表示RARP请求；4：表示RARP应答。
     交换机会收到这个报文后，交换机有学习MAC地址的功能，所以他会检索自己有没有保存主机B的MAC地址，如果有的，就直接返回给A主机，如果没有，就会向所有端口发送ARP广播，其他主机收到后，发现不是在找自己，就纷纷丢弃了改报文，不去理会，直到主机B收到了报文后，就立即响应，我的MAC地址是多少，同时学到主机A的MAC地址，并按同样的ARP报文格式返回给主机A。如图：

         


ARP报文的格式为：



         

    主机A 学到了主机B的MAC地址，就把这个MAC封装到ICMP协议的二层报文中向主机B发送，报文格式如下：

         


    当主机B收到了这个报文后，发现是主机A的ICMP回显请求，就按同样的格式，返回一个值给主机A，这样就完成了同一网段内的Ping过程。



       

如果主机A要Ping主机C

主机A发现主机C的IP和自己的IP不是同一个网段，他就去找网管转发，但是他也不知道网管的MAC情况下呢？这是就会像前面那个步骤一样，先发送一个ARP广播，学到网关的MAC地址，再发封装包，报文的格式如下：



      

         当路由器收到主机A发过来的ICMP报文，发现自己的母的地址是其本身MAC地址，根据母的地IP地址2.1.1.1,查找路由表，发现2.1.1.1/24的路由表项，得到一个出口指针，去掉原来的MAC头部，加上自己的MAC地址向主机C转发，报文格式如下   



4000
         最后主机C已学到路由器2端口MAC，路由器2端口转发给路由器1端口，路由器端口学到主机A的MAC地址的情况下，他们就不需要再做ARP解析，就将ICMP的回显请求恢复过来，报文格式如下：