ARP详解_arp帧

ARP地址解析协议详解

一、什么是ARP？

当一个应用层的数据在网络中传输时，会被逐步封装成链路层的帧，而帧是通过链路层的MAC地址进行定位传输的，那么一个初次通信的主机如何知道对方的MAC地址呢，这时候就需要ARP地址解析协议来获取对方的MAC地址，ARP是提供网络层地址（IP地址）到相关硬件地址（MAC）的映射。ARP工作在网络层

二、ARP帧的格式

1.在这个以太网帧的头部中，前两个字段分别是目的和源以太网的MAC地址，对于ARP请求，目的以太网地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF的广播地址。在以太网帧中，对于ARP请求或者应答，2个字节的长度或者类型必须为0x0806。如果取值为0x0800的帧代表IP协议帧
2.长度/类型字段之后的前4个字节指定了最后4个字段的类型和大小。这些值由IANA来指定。主语硬件和协议用于描述ARP分组中的字段。例如：一个ARP请求询问协议（一般为IPV4地址）地址对应的硬件地址（一般为以太网MAC地址）。硬件类型字段指出硬件地址类型。对于以太网，该值为1.协议类型字段指出映射的协议地址类型。对于IPV4地址，该值为0x8000。对于下面一个字节的字段，硬件大小和协议大小分别指出硬件地址和协议地址的字节数。对于以太网中使用的IPV4地址的ARP请求或应答，他们的值分别是6和4。op字段指出该操作是ARP请求（值为1），ARP应答（值为2），RARP请求（3），或者RARP应答（4）。因为ARP请求和ARP应答的长度/类型字段是相同的，所以op这个选项是必须的
3.紧跟着的4个字段就是发送放的硬件地址（一般是以太网的MAC地址），发送方的协议地址（一般是IPV4协议地址），目的硬件地址，目的协议地址。需要注意的是这里存在着一些重复的信息：以太网的头部和ARP消息中都存在发送方的硬件地址。对于一个ARP请求，除了需要获取的目的硬件地址为0之外，其他字段都需要填充，当一个系统收到一个ARP请求，它填充自己的硬件地址，将两个发送方地址和两个接收方的地址互换，把op字段设置为2，然后发送生成的应答

三、ARP的基本工作流程

1、当目的地址和发送方在同一网段

• 首先发送主机会查看目标主机和自己是否在同一网段中
• 主机根据IP地址前缀和掩码信息判断出在同一子网，则封装一个ARP广播帧，这个帧的头部的目的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF的广播地址（注意是头部中的目的MAC地址，而不是ARP消息中的目的MAC地址），同一广播域中的主机都可以收到这个广播帧。这包括运行任何协议的系统（IPV4或IPV6等），但不包括位于不同VLAN中的系统，因为VLAN划分了广播域。
• 同一网段中的所有主机都会解析这一帧，如果发现这个帧中的目的IP地址就是自己时，就会以单播的形式响应。如果其他主机解析后发现不是发给自己的，则丢弃这个帧。
• 这时接收的这个主机会记下发送方的IP地址到MAC地址的映射，以方便下次通信时使用

2、当目的地址和发送方在不同网段

• 首先发送主机会查看目标主机和自己是否在同一网段中
• 主机发现目的IP地址和自己不在一个子网中，所以这时候需要网关介入，主机会先发送一个广播帧来获取网关的MAC地址（假设此时主机并不知道主机的MAC地址），网关收到帧后会响应给主机自己的MAC地址
• 主机收到网关的MAC地址后，又封装了一个带有目标IP的帧以单播的形式给网关
• 网关收到这个帧后会解析其中的IP地址，根据自己的路由表来决定怎么转发这个包，网关会把源IP地址和源MAC地址改为自己的地址，目的IP不变来生成一个新的帧转发给下一跳
• 经过一次或数次转发后这个数据包会到达所在的子网中，发送给对应的主机，主机响应一个帧来回应。