写给非网工的CCNA教程(2)第一个协议--ARP协议
? ? 在上文中，我們提到了IP地址和MAC地址都是用來唯一標識網絡中的設備的。在以太網中，通信的每臺設備都得有一個IP地址和一個MAC地址。IP地址屬于OSI七層模型中的第3層網絡層的概念，MAC地址則是第2層數據鏈路層的概念。
? ? MAC地址是設備出廠時候就自帶，而IP地址是需要我們手動去配置的。當然也可以是從服務器動態獲取，這涉及到DHCP的知識，本系列中所有的IP地址都是手動配置的。
? ? 如下圖所示，是Windows下一塊網卡的配置信息。
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1 TCP/IP協議族與OSI模型
? ? 本文是講述TCP/IP協議族中的第一個協議--ARP協議，那么什么是TCP/IP協議族呢？其實TCP/IP協議族，可不止是TCP協議和IP協議這兩種，而是一組協議。
? ? 并且這些協議是分層的，如下圖：物理層、網絡層、傳輸層、應用層。每層完成不同的功能，且與其他層是獨立的。
? ? 通常我們會把TCP/IP協議族與OSI七層模型作比較，如下圖所示。可以看到TCP/IP協議族分為四層，而OSI模型為七層，兩者之間的映射關系如下圖。
? ? ?在下圖中，我們還舉例不同層級的一些常用協議，可以看到本文討論的ARP協議位于網絡層，OSI模型的第三層。? ?
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2 初識ARP
? ? 在網絡（沒有特殊說明，我們都以以太網代表網絡）通信中，我們往往只知道對方的IP地址，并不知道對方的MAC地址。這樣在通過真正的底層網絡（以太網）發送數據時，根本沒法封裝二層的報頭。
? ? 而我們的底層網絡（以太網）它可不認識IP地址，在它眼里只有二層報頭，只認MAC地址，IP地址什么的，對它而言都是透明的。
? ? 為了解決這個問題，就引入了ARP協議，該協議的設計初衷，就是通過它，可以找到以太網中某臺設備IP地址對應的MAC地址。當然了，如果不是以太網，也有類似的協議，去解決這個問題，比如ATM網絡對應的協議就是ATM-ARP。
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3 ARP數據包
（1）ARP與OSI模型
? ? ARP的數據包是被直接封裝在以太網幀頭上的，以太網用0x0806來表示ARP協議，如下圖所示。
? ? 如上圖，Frame 1: 這是wireshark抓包軟件自己加上去的，在網絡傳輸中沒有這個，傳輸的是【Ethernet II + ARP】這部分。?
（2）關于Ethernet II
? ? 任何底層的傳輸技術都會有自己的數據格式，比如USB、比如Wi-Fi、比如本文的Ethernet（以太網）。對于以太網而言，它的數據格式就是上圖所看到的Ethernet II。
? ? Ethernet II分為兩部分：Ethernet II Header + Payload，上圖中的Payload就是我們的ARP協議。
? ? Header是由三個部分組成，Destination（目的MAC地址）+ Source（源MAC地址）+ Type（載荷的類型，本文載荷類型為ARP，用0x0806表示）。
（3）ARP數據包
? ? ARP的數據包主要是兩種類型：Request和Reply，如下圖所示。
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4 ARP如何解決IP地址到MAC地址的映射關系
? ? 舉個例子，我有臺電腦A【IP：10.74.97.116/24，MAC：54:ee:75:ce:dd:6e】，需要去訪問另一臺電腦B【IP：10.74.97.125/24】，但是我并不知道它的MAC地址，只知道它與我在同一個網段（不同網段的情形，后面有文章會寫道）。
（1）ARP請求
? ? 因此A會發送ARP請求到整個網絡內所有設備，即廣播，封包如下圖所示。
? ? Ethernet II中，源MAC為A的MAC【54:ee:75:ce:dd:6e】，目的MAC為廣播地址【FF:FF:FF:FF:FF:FF】。
? ? ARP中，Sender IP為A的IP【10.74.97.116】，Target IP為B的IP【10.74.97.125】，Sender MAC為A的MAC【54:ee:75:ce:dd:6e】；Target MAC是本次請求目的，目前不知，用【00:00:00:00:00:00】代替。
（2）ARP響應
? ? 在網絡中的所有設備都會收到，但是只有B的IP是10.4.97.126，因此只有B才會回復才廣播ARP請求，封包如下圖所示。
? ? Ethernet II中，源MAC為B的MAC【00:50:56:89:0a:1b】，目的MAC為A的MAC【54:ee:75:ce:dd:6e】。
? ? ARP中，Sender IP為B的IP【10.74.97.125】，Target IP為A的IP【10.74.97.116】，Sender MAC為為B的MAC【00:50:56:89:0a:1b】；Target MAC為A的MAC【54:ee:75:ce:dd:6e】。
（3）ARP表
? ? ?當A收到B的回復后，就把B的IP地址和MAC地址映射關系寫到一個表中記錄下來，這個表就是ARP表，在Windwos下可以通過命令arp -a查看（Linux下通過arp -n查看），如下圖所示。
[C:\~]$ arp -aInterface: 10.74.97.116 --- 0x5Internet Address Physical Address Type10.74.97.125 00-50-56-89-0a-1b dynamic 10.74.97.127 ff-ff-ff-ff-ff-ff static 224.0.0.2 01-00-5e-00-00-02 static 224.0.0.22 01-00-5e-00-00-16 static 224.0.0.251 01-00-5e-00-00-fb static 239.255.255.250 01-00-5e-7f-ff-fa static? ? 當后續A還要與B通信時，我們就不用再發ARP請求包了，直接查找ARP表。不過這些記錄不是永遠存在ARP表中的，都有一個時間，默認時5分鐘，時間到了以后，該條ARP表項就會被刪除。下次再訪問，由于ARP表里沒有，因此又得從ARP廣播請求開始。
（4）ARP各個字段解釋?
| 字段 | 解釋 | 舉例 |
| Hardware Type | 表示底層網絡的類型 | 例如以太網 |
| Protocol Type | 表示網絡層協議 | 可以是IPv4或IPv6 |
| Hardware size | 表示底層網絡地址的長度 | 比如以太網MAC地址長度為6個字節 |
| Protocol | 表示網絡層協議地址的長度 | 比如IPv4協議地址長度為4個字節 |
| Opcode | 表示ARP包的類型 | 比如Request、Reply |
| Sender MAC Address | 發送方的MAC地址 | ? |
| Sender IP address | 發送方IP地址 | ? |
| Target MAC address | 要查詢的MAC地址 | ? |
| Target IP address | 目標方的IP地址 | ? |
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5 gratuitousARP
? ? 免費ARP是一張特殊的ARP Reply報文，作用是用來做地址重復檢測（DAD）的，數據包格式如下圖所示。
? ? 從上圖，可知gratutious ARP包的Sender MAC和Target MAC相同、Sender IP和Target IP相同。其中相同IP就是我們需要作DAD的IP。
? ? 做DAD檢測的一方，會把需要DAD檢測的IP放到Sender IP和Target IP字段里面，然后廣播出去，如果網絡中此IP被人使用，那么它會響應此gratutious ARP包，并且是廣播回復的。從下圖可以看到回復的報文格式。
? ? 如果在指定的時間內，DAD檢測方沒有收到任何回復，那么就認為此IP沒有被人使用，自己就可以用了。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的写给非网工的CCNA教程(2)第一个协议--ARP协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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