導讀：在前面老鬼向各位好友介紹一些關于網絡的基礎知識，同時針對ICMP協議（常見使用的Ping測試網絡就是使用該協議）進行了詳細介紹。具體可參見《Ping是你經常測試工業智能制造網絡的工具，但你了解其原理嗎》文章中的介紹。今天老鬼將繼續以傻瓜式的方式講解地址解析協議ARP，讓大家看到不一樣的深層網絡知識原理。

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這是物聯老鬼在【今日頭條】寫的第119篇文章

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本文將按照以下目錄引導介紹：

1.ARP協議用來做什么

2.ARP協議報文介紹

3.ARP工作過程

4.免費ARP介紹

1.ARP協議用來做什么

一臺網絡設備要發送數據給另一太網絡設備時，必須要知道對方的IP地 址。但是，僅有IP地址是不夠的，因為IP數據報文必須封裝成幀才能通 過數據鏈路進行發送，而數據幀必須要包含目的MAC地址，因此發送端 還必須獲取到目的MAC地址。每一個網絡設備在數據封裝前都需要獲取 下一跳的MAC地址。IP地址由網絡層來提供，MAC地址通過ARP協議 來獲取。ARP協議是TCP/IP協議簇中的重要組成部分，ARP能夠通過目 的IP地址發現目標設備的MAC地址，從而實現數據鏈路層的可達性。

2.ARP協議報文介紹

ARP報文中包含以下字段 ：

• 1. Hardware Type表示硬件地址類型，一般為以太網；
• 2. Protocol Type表示三層協議地址類型，一般為IP；
• 3. Hardware Length和Protocol Length為MAC地址和IP地址的長度， 單位是字節；
• 4. Operation Code指定了ARP報文的類型，包括ARP request和ARP reply；
• 5. Source Hardware Address指的是發送ARP報文的設備MAC地址；
• 6. Source Protocol Address指的是發送ARP報文的設備IP地址；
• 7. Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址，在ARP request報文中，該字段值為0；
• 8. Destination Protocol Address指的是指接收者的IP地址

3.ARP工作過程

總覽

通過ARP協議，網絡設備可以建立目標IP地址和MAC地址之間的映射。 網絡設備通過網絡層獲取到目的IP地址之后，還要判斷目的MAC地址是 否已知。

ARP緩存表

網絡設備一般都有一個ARP緩存（ARP Cache），ARP緩存用來存放IP 地址和MAC地址的關聯信息。在發送數據前，設備會先查找ARP緩存表 。如果緩存表中存在對方設備的MAC地址，則直接采用該MAC地址來 封裝幀，然后將幀發送出去。如果緩存表中不存在相應信息，則通過發 送ARP request報文來獲得它。學習到的IP地址和MAC地址的映射關系 會被放入ARP緩存表中存放一段時間。在有效期內，設備可以直接從這 個表中查找目的MAC地址來進行數據封裝，而無需進行ARP查詢。過了 這段有效期，ARP表項會被自動刪除。 如果目標設備位于其他網絡，則源設備會在ARP緩存表中查找網關的 MAC地址，然后將數據發送給網關，網關再把數據轉發給目的設備

Step1：ARP請求

本例中，主機A的ARP緩存表中不存在主機C的MAC地址，所以主機A會 發送ARP request來獲取目的MAC地址。ARP request報文封裝在以太 幀里。幀頭中的源MAC地址為發送端主機A的MAC地址。此時，由于主 機A不知道主機C的MAC地址，所以目的MAC地址為廣播地址FF-FFFF-FF-FF-FF。ARP request報文中包含源IP地址、目的IP地址、源 MAC地址、目的MAC地址，其中目的MAC地址的值為0。ARP Request 報文會在整個網絡上傳播，該網絡中所有主機包括網關都會接收到此 ARP request報文。網關將會阻止該報文發送到其他網絡上

Step2：ARP響應

所有的主機接收到該ARP Request報文后，會檢查它的目的協議地址字 段與自身的IP地址是否匹配。如果不匹配，則該主機將不會響應該ARP Request報文。如果匹配，則該主機會將ARP報文中的源MAC地址和源 IP地址信息記錄到自己的ARP緩存表中，然后通過ARP Reply報文進行 響應。

主機C會向主機A回應ARP Reply報文。ARP Reply報文中的源協議地址 是主機C自己的IP地址，目標協議地址是主機A的IP地址，目的MAC地 址是主機A的MAC地址，源MAC地址是自己的MAC地址，同時 Operation Code被設置為reply。ARPReply報文通過單播傳送

Step3：寫入ARP緩存

主機A收到ARP Reply以后，會檢查ARP報文中目的MAC地址是否與自 己的MAC匹配。如果匹配，ARP報文中的源MAC地址和源IP地址會被 記錄到主機A的ARP緩存表中。ARP表項的老化超時時間缺省為1200秒。

跨網段如何訪問

在上述例子的組網中，主機A需要與主機B通信時，目的IP地址與本機的 IP地址位于不同網絡，但是由于主機A未配置網關，所以它將會以廣播 形式發送ARP Request報文，請求主機B的MAC地址。但是，廣播報文 無法被路由器轉發，所以主機B無法收到主機A的ARP請求報文，當然也 就無法應答。 在路由器上啟用代理ARP功能，就可以解決這個問題。啟用代理ARP后 ，路由器收到這樣的請求，會查找路由表，如果存在主機B的路由表項 ，路由器將會使用自己的G0/0/0接口的MAC地址來回應該ARP request 。主機A收到ARP reply后，將以路由器的G0/0/0接口MAC地址作為目的 MAC地址進行數據轉發。

4.免費ARP介紹

主機被分配了IP地址或者IP地址發生變更后，必須立刻檢測其所分配的 IP地址在網絡上是否是唯一的，以避免地址沖突。主機通過發送ARP request報文來進行地址沖突檢測。 主機A將ARP Request廣播報文中的目的IP地址字段設置為自己的IP地 址，該網絡中所有主機包括網關都會接收到此報文。當目的IP地址已經 被某一個主機或網關使用時，該主機或網關就會回應ARP reply報文。 通過這種方式，主機A就能探測到IP地址沖突了

尾言

好了至此大家應該比較清楚了ARP協議的作用以及其作為免費偵測IP地址沖突的工作過程和原理。

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總結

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