導(dǎo)讀：在前面老鬼向各位好友介紹一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)針對(duì)ICMP協(xié)議（常見使用的Ping測(cè)試網(wǎng)絡(luò)就是使用該協(xié)議）進(jìn)行了詳細(xì)介紹。具體可參見《Ping是你經(jīng)常測(cè)試工業(yè)智能制造網(wǎng)絡(luò)的工具，但你了解其原理嗎》文章中的介紹。今天老鬼將繼續(xù)以傻瓜式的方式講解地址解析協(xié)議ARP，讓大家看到不一樣的深層網(wǎng)絡(luò)知識(shí)原理。

原創(chuàng)版權(quán)聲明：本文為今日頭條自媒體-老鬼非鬼的原創(chuàng)文章，遵循CC 4.0 BY-SA 版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請(qǐng)附上原文出處鏈接及本聲明。

這是物聯(lián)老鬼在【今日頭條】寫的第119篇文章

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本文將按照以下目錄引導(dǎo)介紹：

1.ARP協(xié)議用來做什么

2.ARP協(xié)議報(bào)文介紹

3.ARP工作過程

4.免費(fèi)ARP介紹

1.ARP協(xié)議用來做什么

一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)給另一太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，必須要知道對(duì)方的IP地 址。但是，僅有IP地址是不夠的，因?yàn)镮P數(shù)據(jù)報(bào)文必須封裝成幀才能通 過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行發(fā)送，而數(shù)據(jù)幀必須要包含目的MAC地址，因此發(fā)送端 還必須獲取到目的MAC地址。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在數(shù)據(jù)封裝前都需要獲取 下一跳的MAC地址。IP地址由網(wǎng)絡(luò)層來提供，MAC地址通過ARP協(xié)議 來獲取。ARP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議簇中的重要組成部分，ARP能夠通過目 的IP地址發(fā)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的可達(dá)性。

2.ARP協(xié)議報(bào)文介紹

ARP報(bào)文中包含以下字段 ：

• 1. Hardware Type表示硬件地址類型，一般為以太網(wǎng)；
• 2. Protocol Type表示三層協(xié)議地址類型，一般為IP；
• 3. Hardware Length和Protocol Length為MAC地址和IP地址的長度， 單位是字節(jié)；
• 4. Operation Code指定了ARP報(bào)文的類型，包括ARP request和ARP reply；
• 5. Source Hardware Address指的是發(fā)送ARP報(bào)文的設(shè)備MAC地址；
• 6. Source Protocol Address指的是發(fā)送ARP報(bào)文的設(shè)備IP地址；
• 7. Destination Hardware Address指的是接收者M(jìn)AC地址，在ARP request報(bào)文中，該字段值為0；
• 8. Destination Protocol Address指的是指接收者的IP地址

3.ARP工作過程

總覽

通過ARP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以建立目標(biāo)IP地址和MAC地址之間的映射。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)層獲取到目的IP地址之后，還要判斷目的MAC地址是 否已知。

ARP緩存表

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般都有一個(gè)ARP緩存（ARP Cache），ARP緩存用來存放IP 地址和MAC地址的關(guān)聯(lián)信息。在發(fā)送數(shù)據(jù)前，設(shè)備會(huì)先查找ARP緩存表 。如果緩存表中存在對(duì)方設(shè)備的MAC地址，則直接采用該MAC地址來 封裝幀，然后將幀發(fā)送出去。如果緩存表中不存在相應(yīng)信息，則通過發(fā) 送ARP request報(bào)文來獲得它。學(xué)習(xí)到的IP地址和MAC地址的映射關(guān)系 會(huì)被放入ARP緩存表中存放一段時(shí)間。在有效期內(nèi)，設(shè)備可以直接從這 個(gè)表中查找目的MAC地址來進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，而無需進(jìn)行ARP查詢。過了 這段有效期，ARP表項(xiàng)會(huì)被自動(dòng)刪除。 如果目標(biāo)設(shè)備位于其他網(wǎng)絡(luò)，則源設(shè)備會(huì)在ARP緩存表中查找網(wǎng)關(guān)的 MAC地址，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目的設(shè)備

Step1：ARP請(qǐng)求

本例中，主機(jī)A的ARP緩存表中不存在主機(jī)C的MAC地址，所以主機(jī)A會(huì) 發(fā)送ARP request來獲取目的MAC地址。ARP request報(bào)文封裝在以太 幀里。幀頭中的源MAC地址為發(fā)送端主機(jī)A的MAC地址。此時(shí)，由于主 機(jī)A不知道主機(jī)C的MAC地址，所以目的MAC地址為廣播地址FF-FFFF-FF-FF-FF。ARP request報(bào)文中包含源IP地址、目的IP地址、源 MAC地址、目的MAC地址，其中目的MAC地址的值為0。ARP Request 報(bào)文會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳播，該網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)包括網(wǎng)關(guān)都會(huì)接收到此 ARP request報(bào)文。網(wǎng)關(guān)將會(huì)阻止該報(bào)文發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)上

Step2：ARP響應(yīng)

所有的主機(jī)接收到該ARP Request報(bào)文后，會(huì)檢查它的目的協(xié)議地址字 段與自身的IP地址是否匹配。如果不匹配，則該主機(jī)將不會(huì)響應(yīng)該ARP Request報(bào)文。如果匹配，則該主機(jī)會(huì)將ARP報(bào)文中的源MAC地址和源 IP地址信息記錄到自己的ARP緩存表中，然后通過ARP Reply報(bào)文進(jìn)行 響應(yīng)。

主機(jī)C會(huì)向主機(jī)A回應(yīng)ARP Reply報(bào)文。ARP Reply報(bào)文中的源協(xié)議地址 是主機(jī)C自己的IP地址，目標(biāo)協(xié)議地址是主機(jī)A的IP地址，目的MAC地 址是主機(jī)A的MAC地址，源MAC地址是自己的MAC地址，同時(shí) Operation Code被設(shè)置為reply。ARPReply報(bào)文通過單播傳送

Step3：寫入ARP緩存

主機(jī)A收到ARP Reply以后，會(huì)檢查ARP報(bào)文中目的MAC地址是否與自 己的MAC匹配。如果匹配，ARP報(bào)文中的源MAC地址和源IP地址會(huì)被 記錄到主機(jī)A的ARP緩存表中。ARP表項(xiàng)的老化超時(shí)時(shí)間缺省為1200秒。

跨網(wǎng)段如何訪問

在上述例子的組網(wǎng)中，主機(jī)A需要與主機(jī)B通信時(shí)，目的IP地址與本機(jī)的 IP地址位于不同網(wǎng)絡(luò)，但是由于主機(jī)A未配置網(wǎng)關(guān)，所以它將會(huì)以廣播 形式發(fā)送ARP Request報(bào)文，請(qǐng)求主機(jī)B的MAC地址。但是，廣播報(bào)文 無法被路由器轉(zhuǎn)發(fā)，所以主機(jī)B無法收到主機(jī)A的ARP請(qǐng)求報(bào)文，當(dāng)然也 就無法應(yīng)答。 在路由器上啟用代理ARP功能，就可以解決這個(gè)問題。啟用代理ARP后 ，路由器收到這樣的請(qǐng)求，會(huì)查找路由表，如果存在主機(jī)B的路由表項(xiàng) ，路由器將會(huì)使用自己的G0/0/0接口的MAC地址來回應(yīng)該ARP request 。主機(jī)A收到ARP reply后，將以路由器的G0/0/0接口MAC地址作為目的 MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

4.免費(fèi)ARP介紹

主機(jī)被分配了IP地址或者IP地址發(fā)生變更后，必須立刻檢測(cè)其所分配的 IP地址在網(wǎng)絡(luò)上是否是唯一的，以避免地址沖突。主機(jī)通過發(fā)送ARP request報(bào)文來進(jìn)行地址沖突檢測(cè)。 主機(jī)A將ARP Request廣播報(bào)文中的目的IP地址字段設(shè)置為自己的IP地 址，該網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)包括網(wǎng)關(guān)都會(huì)接收到此報(bào)文。當(dāng)目的IP地址已經(jīng) 被某一個(gè)主機(jī)或網(wǎng)關(guān)使用時(shí)，該主機(jī)或網(wǎng)關(guān)就會(huì)回應(yīng)ARP reply報(bào)文。 通過這種方式，主機(jī)A就能探測(cè)到IP地址沖突了

尾言

好了至此大家應(yīng)該比較清楚了ARP協(xié)議的作用以及其作為免費(fèi)偵測(cè)IP地址沖突的工作過程和原理。

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總結(jié)

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