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目錄
一、ARP協(xié)議概述
二、使用ARP的四種情況
三、ARP緩存
四、ARP的工作原理
1. 地址解析
2. 地址緩存
五、ARP報文格式
1. ARP請求報文格式
2. ARP響應報文格式
六、免費ARP
七、代理ARP
一、ARP協(xié)議概述
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ARP（Address Resolution Protocol）地址解析協(xié)議是一種用于將IP地址解析為物理地址的協(xié)議。在TCP/IP協(xié)議中，數(shù)據(jù)包的傳輸需要知道目標主機的MAC地址，而IP地址只是邏輯地址，不能直接用于數(shù)據(jù)包的傳輸。因此，需要使用ARP協(xié)議將IP地址轉換為MAC地址，以便數(shù)據(jù)包能夠正確地傳輸?shù)侥繕酥鳈C。
ARP協(xié)議是一種無連接協(xié)議，它不需要建立連接就可以進行地址解析。它是在網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層之間進行的，因此可以在不同的數(shù)據(jù)鏈路層上使用。
二、使用ARP的四種情況
1. 主機向本地網(wǎng)絡中的其他主機發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要將目標主機的IP地址轉換為MAC地址，以便數(shù)據(jù)包能夠正確地傳輸?shù)侥繕酥鳈C。
2. 主機向本地網(wǎng)絡中的路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要將路由器的IP地址轉換為MAC地址，以便數(shù)據(jù)包能夠正確地傳輸?shù)铰酚善鳌?/strong>
3. 路由器向本地網(wǎng)絡中的主機發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要將目標主機的IP地址轉換為MAC地址，以便數(shù)據(jù)包能夠正確地傳輸?shù)侥繕酥鳈C。
4. 路由器向其他網(wǎng)絡中的主機發(fā)送數(shù)據(jù)包時，需要將下一跳路由器的IP地址轉換為MAC地址，以便數(shù)據(jù)包能夠正確地傳輸?shù)较乱惶酚善鳌?/strong>
三、ARP緩存
ARP緩存是指主機或路由器中存儲的IP地址和MAC地址的映射表。當主機或路由器需要將IP地址轉換為MAC地址時，首先會在ARP緩存中查找是否已經(jīng)存在該映射關系。如果存在，則直接使用該映射關系進行地址解析；如果不存在，則需要發(fā)送ARP請求報文進行地址解析。
ARP緩存中的映射關系是有時限的，一般為幾分鐘到幾小時不等。當映射關系過期時，主機或路由器會重新發(fā)送ARP請求報文進行地址解析，并更新ARP緩存中的映射關系。
四、ARP的工作原理
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ARP協(xié)議的工作原理可以分為兩個步驟：地址解析和地址緩存。
1. 地址解析
當主機或路由器需要將IP地址轉換為MAC地址時，首先會在ARP緩存中查找是否已經(jīng)存在該映射關系。如果存在，則直接使用該映射關系進行地址解析；如果不存在，則需要發(fā)送ARP請求報文進行地址解析。
ARP請求報文中包含了源主機的MAC地址和IP地址，以及目標主機的IP地址。當目標主機收到ARP請求報文時，會將自己的MAC地址和IP地址封裝在ARP響應報文中返回給源主機。源主機收到ARP響應報文后，將目標主機的MAC地址和IP地址存儲在ARP緩存中，并使用該映射關系進行地址解析。
2. 地址緩存
當主機或路由器成功地進行了地址解析后，會將IP地址和MAC地址的映射關系存儲在ARP緩存中。當下一次需要進行地址解析時，主機或路由器會首先在ARP緩存中查找是否已經(jīng)存在該映射關系。如果存在，則直接使用該映射關系進行地址解析；如果不存在，則需要重新發(fā)送ARP請求報文進行地址解析。
ARP緩存中的映射關系是有時限的，一般為幾分鐘到幾小時不等。當映射關系過期時，主機或路由器會重新發(fā)送ARP請求報文進行地址解析，并更新ARP緩存中的映射關系。
五、ARP報文格式
ARP報文分為ARP請求報文和ARP響應報文，它們的格式如下：
1. ARP請求報文格式
| 2 bytes | 2 bytes | 1 byte | 1 byte | 2 bytes | 6 bytes | 4 bytes | 6 bytes | 4 bytes |
|---------|---------|--------|--------|---------|---------|---------|---------|---------|
| Hardware Type | Protocol Type | HLEN | PLEN | Operation | Sender MAC Address | Sender IP Address | Target MAC Address | Target IP Address |
- Hardware Type：表示硬件類型，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等。
- Protocol Type：表示協(xié)議類型，如IP、IPX等。
- HLEN：表示硬件地址長度，如以太網(wǎng)地址長度為6個字節(jié)。
- PLEN：表示協(xié)議地址長度，如IP地址長度為4個字節(jié)。
- Operation：表示操作類型，如ARP請求為1，ARP響應為2。
- Sender MAC Address：表示發(fā)送方的MAC地址。
- Sender IP Address：表示發(fā)送方的IP地址。
- Target MAC Address：表示目標主機的MAC地址，由于是ARP請求報文，該字段為空。
- Target IP Address：表示目標主機的IP地址。
2. ARP響應報文格式
| 2 bytes | 2 bytes | 1 byte | 1 byte | 2 bytes | 6 bytes | 4 bytes | 6 bytes | 4 bytes |
|---------|---------|--------|--------|---------|---------|---------|---------|---------|
| Hardware Type | Protocol Type | HLEN | PLEN | Operation | Sender MAC Address | Sender IP Address | Target MAC Address | Target IP Address |
- Hardware Type：表示硬件類型，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等。
- Protocol Type：表示協(xié)議類型，如IP、IPX等。
- HLEN：表示硬件地址長度，如以太網(wǎng)地址長度為6個字節(jié)。
- PLEN：表示協(xié)議地址長度，如IP地址長度為4個字節(jié)。
- Operation：表示操作類型，如ARP請求為1，ARP響應為2。
- Sender MAC Address：表示發(fā)送方的MAC地址。
- Sender IP Address：表示發(fā)送方的IP地址。
- Target MAC Address：表示目標主機的MAC地址。
- Target IP Address：表示目標主機的IP地址。
六、免費ARP
免費ARP是指主機或路由器在更新自己的ARP緩存時，向本地網(wǎng)絡中的其他主機發(fā)送ARP響應報文，以便更新其他主機的ARP緩存。免費ARP的作用是加快網(wǎng)絡中主機之間的通信速度，減少ARP請求報文的發(fā)送次數(shù)。
舉個例子，當主機A更換了自己的MAC地址時，它會向本地網(wǎng)絡中的其他主機發(fā)送免費ARP響應報文，以便更新其他主機的ARP緩存。這樣，其他主機在向主機A發(fā)送數(shù)據(jù)包時，就可以直接使用新的MAC地址，而不需要發(fā)送ARP請求報文進行地址解析。
七、代理ARP
代理ARP是指路由器在收到ARP請求報文時，向本地網(wǎng)絡中的其他主機發(fā)送ARP響應報文，以便代替目標主機進行地址解析。代理ARP的作用是解決網(wǎng)絡中存在的子網(wǎng)劃分問題，使得不同子網(wǎng)中的主機能夠進行通信。
舉個例子，當主機A向主機B發(fā)送數(shù)據(jù)包時，如果主機A和主機B不在同一個子網(wǎng)中，那么主機A需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送給路由器，由路由器進行轉發(fā)。在這個過程中，主機A需要將目標主機的IP地址轉換為MAC地址，但是它并不知道主機B的MAC地址。這時，路由器就可以使用代理ARP的方式，向主機A發(fā)送ARP響應報文，以便代替主機B進行地址解析。這樣，主機A就可以正確地將數(shù)據(jù)包發(fā)送給主機B了。