chrome web获取mac地址_老鬼傻瓜式讲解网络知识:网络设备如何通过IP地址获取设备MAC地址...
导读:在前面老鬼向各位好友介绍一些关于网络的基础知识,同时针对ICMP协议(常见使用的Ping测试网络就是使用该协议)进行了详细介绍。具体可参见《Ping是你经常测试工业智能制造网络的工具,但你了解其原理吗》文章中的介绍。今天老鬼将继续以傻瓜式的方式讲解地址解析协议ARP,让大家看到不一样的深层网络知识原理。
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这是物联老鬼在【今日头条】写的第119篇文章
本文将按照以下目录引导介绍:
1.ARP协议用来做什么
2.ARP协议报文介绍
3.ARP工作过程
4.免费ARP介绍
1.ARP协议用来做什么
一台网络设备要发送数据给另一太网络设备时,必须要知道对方的IP地 址。但是,仅有IP地址是不够的,因为IP数据报文必须封装成帧才能通 过数据链路进行发送,而数据帧必须要包含目的MAC地址,因此发送端 还必须获取到目的MAC地址。每一个网络设备在数据封装前都需要获取 下一跳的MAC地址。IP地址由网络层来提供,MAC地址通过ARP协议 来获取。ARP协议是TCP/IP协议簇中的重要组成部分,ARP能够通过目 的IP地址发现目标设备的MAC地址,从而实现数据链路层的可达性。
2.ARP协议报文介绍
ARP报文中包含以下字段 :
- 1. Hardware Type表示硬件地址类型,一般为以太网;
- 2. Protocol Type表示三层协议地址类型,一般为IP;
- 3. Hardware Length和Protocol Length为MAC地址和IP地址的长度, 单位是字节;
- 4. Operation Code指定了ARP报文的类型,包括ARP request和ARP reply;
- 5. Source Hardware Address指的是发送ARP报文的设备MAC地址;
- 6. Source Protocol Address指的是发送ARP报文的设备IP地址;
- 7. Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址,在ARP request报文中,该字段值为0;
- 8. Destination Protocol Address指的是指接收者的IP地址
3.ARP工作过程
总览
通过ARP协议,网络设备可以建立目标IP地址和MAC地址之间的映射。 网络设备通过网络层获取到目的IP地址之后,还要判断目的MAC地址是 否已知。
ARP缓存表
网络设备一般都有一个ARP缓存(ARP Cache),ARP缓存用来存放IP 地址和MAC地址的关联信息。在发送数据前,设备会先查找ARP缓存表 。如果缓存表中存在对方设备的MAC地址,则直接采用该MAC地址来 封装帧,然后将帧发送出去。如果缓存表中不存在相应信息,则通过发 送ARP request报文来获得它。学习到的IP地址和MAC地址的映射关系 会被放入ARP缓存表中存放一段时间。在有效期内,设备可以直接从这 个表中查找目的MAC地址来进行数据封装,而无需进行ARP查询。过了 这段有效期,ARP表项会被自动删除。 如果目标设备位于其他网络,则源设备会在ARP缓存表中查找网关的 MAC地址,然后将数据发送给网关,网关再把数据转发给目的设备
Step1:ARP请求
本例中,主机A的ARP缓存表中不存在主机C的MAC地址,所以主机A会 发送ARP request来获取目的MAC地址。ARP request报文封装在以太 帧里。帧头中的源MAC地址为发送端主机A的MAC地址。此时,由于主 机A不知道主机C的MAC地址,所以目的MAC地址为广播地址FF-FFFF-FF-FF-FF。ARP request报文中包含源IP地址、目的IP地址、源 MAC地址、目的MAC地址,其中目的MAC地址的值为0。ARP Request 报文会在整个网络上传播,该网络中所有主机包括网关都会接收到此 ARP request报文。网关将会阻止该报文发送到其他网络上
Step2:ARP响应
所有的主机接收到该ARP Request报文后,会检查它的目的协议地址字 段与自身的IP地址是否匹配。如果不匹配,则该主机将不会响应该ARP Request报文。如果匹配,则该主机会将ARP报文中的源MAC地址和源 IP地址信息记录到自己的ARP缓存表中,然后通过ARP Reply报文进行 响应。
主机C会向主机A回应ARP Reply报文。ARP Reply报文中的源协议地址 是主机C自己的IP地址,目标协议地址是主机A的IP地址,目的MAC地 址是主机A的MAC地址,源MAC地址是自己的MAC地址,同时 Operation Code被设置为reply。ARPReply报文通过单播传送
Step3:写入ARP缓存
主机A收到ARP Reply以后,会检查ARP报文中目的MAC地址是否与自 己的MAC匹配。如果匹配,ARP报文中的源MAC地址和源IP地址会被 记录到主机A的ARP缓存表中。ARP表项的老化超时时间缺省为1200秒。
跨网段如何访问
在上述例子的组网中,主机A需要与主机B通信时,目的IP地址与本机的 IP地址位于不同网络,但是由于主机A未配置网关,所以它将会以广播 形式发送ARP Request报文,请求主机B的MAC地址。但是,广播报文 无法被路由器转发,所以主机B无法收到主机A的ARP请求报文,当然也 就无法应答。 在路由器上启用代理ARP功能,就可以解决这个问题。启用代理ARP后 ,路由器收到这样的请求,会查找路由表,如果存在主机B的路由表项 ,路由器将会使用自己的G0/0/0接口的MAC地址来回应该ARP request 。主机A收到ARP reply后,将以路由器的G0/0/0接口MAC地址作为目的 MAC地址进行数据转发。
4.免费ARP介绍
主机被分配了IP地址或者IP地址发生变更后,必须立刻检测其所分配的 IP地址在网络上是否是唯一的,以避免地址冲突。主机通过发送ARP request报文来进行地址冲突检测。 主机A将ARP Request广播报文中的目的IP地址字段设置为自己的IP地 址,该网络中所有主机包括网关都会接收到此报文。当目的IP地址已经 被某一个主机或网关使用时,该主机或网关就会回应ARP reply报文。 通过这种方式,主机A就能探测到IP地址冲突了
尾言
好了至此大家应该比较清楚了ARP协议的作用以及其作为免费侦测IP地址冲突的工作过程和原理。
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