地址解析协议 (ARP) 是什么

地址解析协议 (ARP) 是通过解析网路层地址来找寻数据链路层地址的一个在网络协议包中极其重要的网络传输协议。

ARP是通过网络地址(例：IPv4)来定位MAC地址 (也称为乙太地址)。

ARP已经在很多网路层和数据链接层之间得以实现，包括IPv4，Chaosnet, DECnet和Xerox PARC Universal Packet (PUP) 使用IEEE 802标准, 光纤分布式数据接口, X.25, 帧中继和异步传输模式 (ATM)， IEEE 802.3和IEEE 802.11标准上IPv4占了多数流量。

在IPv6中邻居发现协议 (NDP)用于代替地址解析协议。

在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。而在TCP/IP协议中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP协议时，数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址。这就是ARP协议要做的事情。所谓地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。

另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道目的主机的MAC地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的MAC地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为委托ARP或ARP代理（ARP Proxy）。

在点对点链路中不使用ARP，实际上在点对点网络中也不使用MAC地址，因为在此类网络中分别已经获取了对端的IP地址。

数据包结构

地址解析协议的消息格式很简单，仅包含单一的地址解析请求或响应。ARP 消息的长度取决于上下两层地址的大小，上层地址由所使用的网络协议类型（通常是 IPv4）决定，下层地址则由上层协议所使用的硬件或虚拟链路层的类型决定。消息的报头中包含了这些类型以及对应的地址长度信息，此外还包含了表示请求（1）和应答（2）的操作码。数据包的有效负载为收发双方的硬件地址、协议地址，总计四个地址。

为了把IP地址映射到48位以太网地址用于传输，需要一个体现地址转换协议的包格式。

以太网传输层

目标以太网地址：目标MAC地址。FF:FF:FF:FF:FF:FF （二进制全1）为广播地址。
源以太网地址：发送方MAC地址。
帧类型：以太类型，ARP为0x0806。

以太网报文数据

硬件类型：如以太网（0x0001）、分组无线网。
协议类型：如IP网际协议（0x0800）、IPv6（0x86DD）。
硬件地址长度：每种硬件地址的字节长度，一般为6（以太网）。
协议地址长度：每种协议地址的字节长度，一般为4（IPv4）。
操作码：1为ARP请求，2为ARP回显，3为RARP请求，4为RARP应答。
源硬件地址：n个字节，n由硬件地址长度得到，一般为发送方MAC地址。
源协议地址：m个字节，m由协议地址长度得到，一般为发送方IP地址。
目标硬件地址：n个字节，n由硬件地址长度得到，一般为目标MAC地址。
目标协议地址：m个字节，m由协议地址长度得到，一般为目标IP地址。

报文格式

长度(位)	48	48	16	16	16	8	8	16	48	32	48	32
数据类型	目标以太网地址	源以太网地址	帧类型	硬件类型	协议类型	硬件地址长度	协议地址长度	操作码	源硬件地址	源协议地址	目标硬件地址	目标协议地址
组成	14字节以太网首部			28字节 ARP请求/应答

原理

在Windows命令行查看ARP缓存表

在每台安装有TCP/IP协议的电脑或路由器里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址与MAC地址是一对应的，如下表所示。

主机名称	IP地址	MAC地址
A	192.168.38.10	00-AA-00-62-D2-02
B	192.168.38.11	00-BB-00-62-C2-02
C	192.168.38.12	00-CC-00-62-C2-02
D	192.168.38.13	00-DD-00-62-C2-02
E	192.168.38.14	00-EE-00-62-C2-02
...	...	...

以主机A（192.168.38.10）向主机B（192.168.38.11）发送数据为例。

1.当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到就知道目标MAC地址为（00-BB-00-62-C2-02），直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可。

2.如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播（ARP request），目标MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“192.168.38.11的MAC地址是什么？”

3.网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应（ARP response）：“192.168.38.11的MAC地址是00-BB-00-62-C2-02”，此回应以单播方式。这样，主机A就知道主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息。同时它还更新自己的ARP高速缓存（ARP cache），下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可。

ARP缓存表采用老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

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