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组图 网络技术基础知识一之ARP协议概说

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1ARP协议概述
ARP协议和ICMP协议是常用的TCP/IP底层协议 。在对网络故障进行诊断的时候，它们也是最常用的协议 。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一个位于TCP/IP协议栈中的低层协议，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址 。
2　ARP工作原理
2.1　ARP工作过程
当一个基于TCP/IP的应用程序需要从一台主机发送数据给另一台主机时，它把信息分割并封装成包，附上目的主机的IP地址 。然后，寻找IP地址到实际MAC地址的映射，这需要发送ARP广播消息 。当ARP找到了目的主机MAC地址后，就可以形成待发送帧的完整以太网帧头 。最后，协议栈将IP包封装到以太网帧中进行传送 。
如图1所示，描述了ARP广播过程 。
　
图1ARP广播
在图1中，当主机A要和主机B通信（如主机A Ping主机B）时 。主机A会先检查其ARP缓存内是否有主机B的MAC地址 。假如没有，主机A会发送一个ARP请求广播包，此包内包含着其欲与之通信的主机的IP地址，也就是主机B的IP地址 。当主机B收到此广播后，会将自己的MAC地址利用ARP响应包传给主机A，并更新自己的ARP缓存，也就是同时将主机A的IP地址/MAC地址对保存起来，以供后面使用 。主机A在得到主机B的MAC地址后，就可以与主机B通信了 。同时，主机A也将主机B的IP地址/MAC地址对保存在自己的ARP缓存内 。
2.2　ARP报文格式
ARP报文被封装在以太网帧头部中传输，如图2所示，是ARP请求协议报文头部格式 。
　
图2ARP请求协议报文头部格式
图2中黄色的部分是以太网（这里是Ethernet II类型）的帧头部 。其中，第一个字段是广播类型的MAC地址：0XFF-FF-FF-FF-FF-FF，其目标是网络上的所有主机 。第二个字段是源MAC地址，即请求地址解析的主机MAC地址 。第三个字段是协议类型，这里用0X0806代表封装的上层协议是ARP协议 。
接下来是ARP协议报文部分 。其中各个字段的含义如下：
硬件类型：表明ARP实现在何种类型的网络上 。
协议类型：代表解析协议（上层协议） 。这里，一般是0800，即IP 。
硬件地址长度：MAC地址长度，此处为6个字节 。
协议地址长度：IP地址长度，此处为4个字节 。
操作类型：代表ARP数据包类型 。0表示ARP请求数据包，1表示ARP应答数据包 。
源MAC地址：发送端MAC地址 。
源IP地址：代表发送端协议地址（IP地址） 。
目标MAC地址：目的端MAC地址（待填充） 。
目标IP地址：代表目的端协议地址（IP地址） 。
ARP应答协议报文和ARP请求协议报文类似 。不同的是，此时，以太网帧头部的目标MAC地址为发送ARP地址解析请求的主机的MAC地址，而源MAC地址为被解析的主机的MAC地址 。同时，操作类型字段为1，表示ARP应答数据包，目标MAC地址字段被填充以目标MAC地址 。
2.3　ARP缓冲区
为了节省ARP缓冲区内存，被解析过的ARP条目的寿命都是有限的 。假如一段时间内该条目没有被参考过，则条目被自动删除 。在工作站PC的Windows环境中，ARP条目的寿命是2分钟，在大部分Cisco交换机中，该值是5分钟 。
在工作站PC的Windows环境中，可以使用命令arp -a查看当前的ARP缓存，如图3所示 。而在路由器和交换机中可以命令show arp完成相同的功能，如图4所示 。
　
图3Windows环境下，命令arp -a的输出
　
图4路由器中show arp命令的输出
注重：ARP不能通过IP路由器发送广播，所以不能用来确定远程网络设备的硬件地址 。对于目标主机位于远程网络的情况，IP利用ARP确定默认网关（路由器）的硬件地址，并将数据包发到默认网关，由路由器按它自己的方式转发数据包 。

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