簡介

前面的文章中，我們介紹了 MAC Frame 的幀格式。我們知道，在每個 Ethernet Frame 中都分別包含一個 48 bit 的源物理地址和目的物理地址. 對于源地址很容易理解，該地址可以直接從硬件上讀取. 但是對于一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，他怎么知道一個 Frame 的目的物理地址呢? 本文我們將學(xué)習(xí) ARP 協(xié)議來解答這個問題.

ARP 協(xié)議主要用來完成將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的地址(比如，IP 地址)解析為物理地址的工作.

為什么需要將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的地址轉(zhuǎn)換為物理地址呢？

對于物理層來說，他僅僅能處理 48 bit 的物理地址，而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議往往有自己協(xié)議中定義的協(xié)議地址，而這些協(xié)議的地址往往都不一樣. 比如, IP 地址的長度為 32 bit，CHAOS 地址的長度為 16 bit, Xerox PUP 地址的長度為 8 bit.

反過來說，ARP 協(xié)議的存在也是必須的. 因?yàn)槿绻粋€物理層想要同時支持上述的這些協(xié)議，他就不應(yīng)該依賴于這些協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，而是定義自己的地址格式，再通過一種方式將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的地址轉(zhuǎn)化為物理地址. 這個方式就是 ARP 協(xié)議要實(shí)現(xiàn)的功能.

說明一點(diǎn)，接下來的描述將傾向于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是 IP 來進(jìn)行描述.

ARP 包格式

ARP 協(xié)議的包結(jié)構(gòu)比較簡單，我們直接看一個例子. 通過這個例子來解析每個字段的含義:

首先，我們注意到 ARP 包中 ar$op 字段可能的值有兩個 REQUEST 和 REPLY。也就是說 ARP 協(xié)議的包大體分為兩類，我們一一來看.

REQUEST

這個包對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為：
00 01 08 00 06 04 00 01 dc a3 33 c4 1e 5a c0 a8
01 01 00 00 00 00 00 00 c0 a8 01 65

首先，我們看到 Wireshark 抓到的這個包中確實(shí)有9個字段，與我們上圖中給出的 ARP 包結(jié)構(gòu)完全吻合，并一一對應(yīng).

Hardware type: Enternet(1) 該字段對應(yīng)于 ar$hdr, 表明當(dāng)前硬件地址的類型為 Ethernet 物理地址類型

Protocol type: IPv4(0x0800) 該字段對應(yīng)于 ar$pro, 表明網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為 IP 協(xié)議，也就是說這個 ARP 請求包是為了完成將一個 IP 地址解析為物理地址的工作.

Hardware size: 6 該字段對應(yīng)于 ar$hln, 表明物理地址的長度, 這里 6 的單位為 byte，而不是 bit，需要注意.

Protocol size: 4 該字段對應(yīng)于 ar$pln, 表明網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的長度, 這里 4 的單位為 byte，而不是 bit，需要注意.

Opcode：request(1) 該字段對應(yīng)于 ar$op, 表明當(dāng)前 ARP 包的類型。這里，這個 ARP 包是一個請求包.

Sender MAC Address: 該字段對應(yīng)于 ar$sha, 表明發(fā)送這個ARP 請求包的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址.

Sender IP Address: 該字段對應(yīng)于 ar$spa, 表明發(fā)送這個ARP 請求包的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層地址. 這里應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為 IP 協(xié)議，因此這里是一個 IP 地址. 自然，不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的 ARP 協(xié)議，這個字段的長度和值是不同的.

Target MAC Address: 該字段對應(yīng)于 ar$tha，應(yīng)為這個 ARP 包是一個請求包且當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不知道目的地址的物理地址，因此此處填上全0來占位.
10.Target IP Address: 該字段對應(yīng)于 ar$tpa, 表明想要將該IP地址解析為物理層地址.

總結(jié)：

這個 ARP 請求包想要解析 IP 地址 “192.168.1.101” 對應(yīng)的物理地址

至于 ar$hln和ar$pln 的必要性，我們解釋一下: ARP 協(xié)議用來完成將網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議地址解析為物理層地址的功能，而正如我們前文提到的，不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的地址長度是不同的，因此我們需要這兩個字段來表明地址的長度。 只有這樣，在接收者收到這個 ARP 請求時，才能正確的解析出來.

往往，ARP 請求都是以廣播的形式發(fā)送。因?yàn)樵诎l(fā)送這個 ARP 請求的時候，發(fā)送節(jié)點(diǎn)并不知道接收方的物理層地址.

REPLY

這個包對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為：
00 01 08 00 06 04 00 02 98 fa 9b 17 a8 f8 c0 a8
01 65 dc a3 33 c4 1e 5a c0 a8 01 01

在接收到 ARP 請求之后，接收者會比較這個ARP 請求中的網(wǎng)絡(luò)層地址與自身的網(wǎng)絡(luò)地址是否一致。如果一致，就使用自己的物理層地址構(gòu)建一個 ARP Reply 包來響應(yīng)這個請求。

這里，這個響應(yīng)不再需要以廣播的形式發(fā)送，因?yàn)樵诮邮盏降?ARP 請求包中包含了發(fā)送方的物理層地址，因此可以直接將響應(yīng)發(fā)送給該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).

END!

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的协议簇:Ethernet Address Resolution Protocol (ARP) 解析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。