ARP，Address Resolution Protocol，地址解析协议，解析IP地址得到MAC地址，基于数据链路层之上的协议，可以看成和网络层同一层级，通常称为2.5层协议，ARP是网络层与数据链路层的重要枢纽，它解决了网络层（软件）到数据链路层（硬件）的映射

ARP请求报文

数据通信的基础是在以网卡为硬件的数据链路层发送和接收的，如果想实现两台主机通信，必须知道目标主机的硬件地址，即MAC地址

主机A想要发送数据给主机B，我们知道发送网络报文是一个封装的过程，数据需要在应用层、传输层、网络层、数据链路层封装

网络层的目的IP是主机B的IP地址192.168.0.200，这个是已知的，数据链路层的目的MAC是主机B的MAC地址，这个主机A不知道，所以它首先会去自己的ARP缓存表内查找（切记是根据IP找MAC）

• 如果之前A和B通信过，A存入过B的IP-MAC的映射关系，且这条目录还未老化删除，此时应该可以查找到，那么把B的MAC地址填充到链路层头部完成封装，发出去即可

• 可是如果之前A和B并未通信过，A没有存入过B的IP-MAC，或者虽然存入过，但此时已经过了这条条目的老化时间，已经从ARP缓存表内删除了，那么A就无法从ARP缓存表内根据主机B的IP地址查到B的MAC地址，也就无法完成封装报文

怎么办？

此时A会启动ARP协议层程序，让其自动发一条ARP请求报文，以广播的形式发给网段内的其他所有主机。其他主机收到此条ARP请求报文后，会判断是否发给自己，如果不是，则不回复，如果是，则回复一条ARP响应报文给主机A，A收到即知道B的MAC地址

具体过程：

主机A首先在自己的ARP缓存表内查找是否有IP=192.168.0.200这个表项

• 如果有

把这个表项里MAC地址填入报文以太网帧头部的目标MAC地址内，然后通过网卡发出去

• 如果没有

则系统的ARP协议层程序会先发一个ARP广播请求报文出去，请求目标MAC地址

为什么这个ARP请求报文是广播报文？因为不知道对方的MAC地址，又想让对方主机收到这个ARP请求报文，那么就发一个广播报文，让交换机把ARP请求报文发给这个局域网内除了发送方以外所有的主机，那么肯定可以到达目标主机

那么ARP广播请求报文如何构造，各个字段的定义是什么？

• destination MAC=FF:FF:FF:FF:FF:FF

目标MAC地址字段，FF:FF:FF:FF:FF:FF表明这是一个广播MAC地址，可以让交换机以广播的形式发出去

• source MAC=02:00:00:00:00:1A

源MAC地址字段，它是源主机的MAC地址

• OP=1

表明它是一条ARP请求报文

• target IP=192.168.0.200

目标主机的IP地址，它是为了到达主机后，目标主机ARP协议层程序判断是否发给自己的依据，它是必须要有的，因为目标MAC地址是广播地址，意味着所有主机在数据链路层都能接收，只有通过和它比较，让不是目标主机的其他主机不回复，让目标主机回复

• sender IP=192.168.0.100
• sender MAC=02:00:00:00:00:1A

源主机的IP地址和MAC地址，这是让目标主机存入自己IP-MAC映射所使用的字段，也可以利用它们伪造ARP报文

• target MAC=00:00:00:00:00:00

目标主机的MAC地址，ARP请求报文就是为了请求目标主机MAC地址，所以它是全0的

通过上面的ARP广播请求报文各字段的定义，得知:

• ARP请求报文在送达交换机时，交换机根据目标MAC地址是广播地址，在除了发送方端口外的其他所有端口，都复制一份ARP请求报文，发出去给所有主机
• 接收到ARP请求报文的主机首先在数据链路层比较destination MAC，由于是广播MAC地址，可以接收，然后比较target IP
• 目标主机比较target IP发现一致后，首先会把ARP请求报文的sender IP和sender MAC存入自己的ARP缓存表（windows系统是这样，其他系统有可能先存入）
• 然后目标主机的ARP协议程序会给源主机自动回一个ARP响应报文

ARP响应报文

发送方式：

• 被动响应
• 主动发送

被动响应

目标主机ARP协议层子程序收到ARP请求后，首先把ARP请求报文的sendeMAC和senderIP存入自己的ARP缓存表内，然后以单播的形式给源主机回ARP响应报文

为什么是单播？

因为已经知道源主机的MAC地址了

ARP响应报文的各字段

• destination MAC=02:00:00:00:00:1A

目标MAC地址字段，02:00:00:00:00:1A是主机A的MAC地址，说明这是以单播的形式发送出去的

• source MAC=02:00:00:00:00:1B

源MAC地址字段，它是源主机的MAC地址

• OP=2

表明它是一条ARP响应报文

• target IP=192.168.0.100

目标主机的IP地址，主机A收到ARP响应后并不会比较它

• sender IP=192.168.0.200
• sender MAC=02:00:00:00:00:1B

源主机的IP地址和MAC地址，目标主机收到后，把它们存入自己的ARP缓存表

• target MAC=02:00:00:00:00:1A

目标主机的MAC地址

当源主机收到ARP响应报文后，会把senderIP和senderMAC存入自己的ARP缓存表中作为动态条目，不管targetIP是否是自己

总结

• ARP协议是针对IPv4的寻址协议，IPv6有自己的寻址协议

• ARP请求报文和ARP响应报文都是不能跨网段的

• ARP请求报文以广播形式发送，ARP响应报文以单播形式发送

• ARP请求报文和响应报文的接收方都会把senderIP和senderMAC存入自己的缓存表内，也就是说，请求报文和响应报文都可以让自己主机的ip和mac被对方记录，不同的是，请求报文还会让对方自动给我回一个ARP响应报文，而响应报文只会让对方存入自己的ip和mac，而不会有回复（不是完全准确，免费ARP响应是会有回复的，后续会讲到）

• 只有ARP请求报文和ARP响应报文具有缓存ip和mac的功能，其他协议的message虽然也带有源mac和ip，但是并不能让目标主机把源ip和mac存入ARP缓存表内（当然ARP请求和响应报文存入ip和mac还需要判断其他条件，后续会讲到）

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