ARP协议基础

ARP

什么是ARP协议

ARP协议是能够根据IP地址解析出该IP地址所在设备的MAC地址，叫(Address Resolution Protocol)地址解析协议

ARP地址的工作流程

1. 当一台主机A想向该网段(局域网)内的另一台主机B发送 (网络层报文) 如IP数据报，首先会查询主机 所维护的一张ARP缓存表 - ARP缓存表(IP - MAC映射表)，如果表里没有该IP所对应的MAC地址表项，就发送ARP请求报文(如下图)，并填好发送方的IP地址和发送方的MAC地址，还有目的地的IP地址，再把目的MAC地址改成ff:ff:ff:ff:ff:ff

   情景模拟：相当于Host A :"我的IP地址是10.0.0.1 MAC地址是 xxxx ，请问10.0.0.2 的MAC地址是什么?"

2. 这个报文将在局域网中广播，每个主机都能收到这个ARP报文，运行ARP进程的Host收到这个报文, 检查

   自己的IP地址如果和报文里的目的IP地址一样，则接收这个数据报，改写ARP报文里的字段，填上自己的MAC地址，把自己的地址改成源IP地址，同上，作为ARP响应报文 单播 给 源ARP发送方。

   情景模拟：相当于Host B:"我是10.0.0.2 我的MAC地址是 yyyy"

3. ARP缓存(ARP Cache) 每一条表项 是有 生存时间的 ， 因为有可能其中的表项里的MAC地址改变了(比如换网卡)，又不更新，所以是不正确的。（10 - 20分钟）

 

ARP请求报文

 

ARP在不同局域网内的应用

上面讨论了ARP在同一局域网内的应用，因为在同一网段，所以是直接交付的。

当两台主机在不同局域网的时候，IP数据报需要经过路由器进入另一个局域网。

1. 如图： PC H1 - > Router R1(网关) -> PC H3 -> Router R2(网关) -> PC H4

2. H1想发一个IP数据报给H4，然后检查目的地IP地址发现H4不在自己这个网段里，

   所以想把这个数据报发给R1。

3. H1检查自己的ARP缓存，发现没有R1的MAC地址，但是有R1的IP地址(设置的网关地址)，

   所以发送ARP请求报文，最后填上目的MAC地址为R1的MAC地址。然后把数据报发往R1

4. R1收到这个数据报后，数据链路层处理这个帧，发现这个帧的目的MAC地址是自己，所以

   把帧头去掉，取出IP报文，根据目的IP地址，查询路由表，找到这个目的网络的下一跳路由器。

   然后把这个数据报发到那个端口出去。

   在发送之前，因为链路层只识别MAC地址，所以在源MAC地址里填写自己这个要发送的端口

   的MAC地址，并用ARP查询到下一跳路由器接收端口的MAC地址，填在这一轮的帧的目的MAC地址

5. 最后到了R2 - H4那段时，R2直接交付给H4。

 

重要问题

为什么需要IP地址，而不能直接用MAC地址，实现异构网络间的通信？

答案：因为MAC地址非常复杂，而且对用户来说，这个地址辨识能力不友好，而且如果以每个MAC地址替代了IP的话，那么路由表就会变得十分庞大，非常复杂。

想一下，有了IP地址，我只需要发到网关，就可以出去了，而且出去后，到了下一个路由器，路由器只需要找到下一跳的路由器，剩下的就交给链路层的交换机去转发了，这种分层，分工的思想，其实是把复杂而大的问题简化了，所以非常合理。