ARP协议

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需要掌握 ARP 的流程，选择题和解答题都会涉及到。

概念

ARP （Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一种在 TCP/IP 网络 中使用的协议，用于将 IP 地址 转换为 物理硬件地址 （例如，MAC 地址 ）。ARP 的主要目的是确定要通过网络传输数据的目标设备的 物理硬件地址 ，以便将数据帧正确地传送到目标设备。

流程

以上图为例，主机 10.1.1.2 用 ARP 协议查找主机 10.1.1.4 的 MAC 地址，其流程如下图所示

  10.1.1.2 ->> Switch: 请求 IP 地址为 10.1.1.4 的设备的 MAC 地址;
  Switch ->> 10.1.1.3: 广播 ARP 请求;
  Switch ->> 10.1.1.4: 广播 ARP 请求;
  Switch ->> 10.1.1.5: 广播 ARP 请求;
  10.1.1.4 ->> Switch: 返回 ARP 响应;
  Switch ->> 10.1.1.2: 交换器转发 ARP 响应;

具体而言，一次 ARP 请求可以被拆分为 如下步骤 ：

ARP 请求

当一台设备（我们称它为主机 A）需要发送数据包到同一局域网内的另一台设备（主机 B），但它只知道目标设备的 IP 地址时，它会在本地网络上广播一个 ARP 请求 。这个请求的语义大致是这样的：“我拥有 IP 地址 X.X.X.X 的设备，请告诉我你的物理 MAC 地址。”

ARP 请求的 目的 MAC 地址 为 ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff，源 MAC 地址 设置为自己的 MAC 地址。

网络上的广播

ARP 请求是一个 广播帧 ，它发送到本地网络上的所有设备。每一台设备都会收到这个请求，但只有 IP 地址匹配请求中 IP 地址的设备会回应这个请求。

ARP 响应

当主机 B 收到这个 ARP 请求 后，它会识别出请求中的 IP 地址与自己的 IP 地址 相匹配 ，然后向主机 A 发送一个 ARP 响应 。这个响应包含了主机 B 的 MAC 地址 ，并且这个响应是直接发送给主机 A 的，不是广播。

更新 ARP 缓存

主机 A 收到 ARP 响应 后，它会在自己的 ARP 缓存 表中更新这个信息，将主机 B 的 IP 地址 与其 MAC 地址 关联起来。ARP 缓存 表中的这些条目通常会在一段时间后过期，所以可能需要定期更新。

数据传输

主机 A 现在知道了主机 B 的 MAC 地址 ，它可以构建一个以太网帧，将数据包含在其中，并使用 B 的 MAC 地址 作为目的地址发送出去。

ARP 缓存

所有主机都会维护一个 ARP 缓存 ，该缓存存储了网络上其他设备的 IP 地址 和 MAC 地址 的映射。
这减少了广播 ARP 请求 的需要，因为主机可以查看自己的缓存来找到之前解析过的地址。

以下是一个简化的 ARP 缓存 表格示例，展示了 IP 地址 与 MAC 地址 的映射关系：

IP 地址	MAC 地址	状态	接口
192.168.1.1	00:1A:2B:3C:4D:5E	动态	eth0
192.168.1.2	00:1A:2B:3C:4D:5F	静态	eth0
192.168.1.3	00:1A:2B:3C:4D:60	动态	wlan0
192.168.1.4	00:1A:2B:3C:4D:61	动态	eth0

注意

ARP 运行在哪一层

地址解析协议（ARP ）实际上是一个介于 数据链路层 （第二层）和 网络层 （第三层）之间的协议。ARP 的功能是将网络层的地址（如 IPv4 地址）解析为数据链路层的地址（如以太网 MAC 地址 ）。虽然它处理的是网络层地址，但它运行在 数据链路层 ，直接构建和发送数据链路层的帧。 因此，它通常被认为是网络层 的一个辅助协议，但技术上它操作在 数据链路层 。

ARP协议

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ARP 缓存

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