网络基础 — 浅析ARP协议

待我称王封你为后i 2022-06-01 12:55 253阅读 0赞

# 浅析ARP协议 #

MAC地址是用于物理上直接连接的机器相互通信，IP地址是用于不同网络中间的机器相互通信 ，这是由传统的以太网的拓扑结构决定的.

要想了解ARP的作用，首先需要分清两个"地址"(1)**TCP/IP的32bit ip地址**. 仅知道主机的IP地址不能让内核发送数据帧给主机.

(2)**网络接口的硬件** **地** **址**，它是一个48bit的值，用来标识不同的以太网或者令牌环网络接口. 在硬件层次上，进行数据交换必须有正

确的接口地址，内核必须知道目的 端的 硬件地址才能发送数据. 简而言之，就是在以太网当中，一台主机要把数据帧发送到同一个局

域网上的另一台主机时，设备驱动程序必须知道 以太网 地址才能发送数据，而我们只知道IP地址，这时就需要采用ARP协议将IP地址映

射为以太网地址. ARP协议只适用于局域网.

发送packet只能在数据链路层，由MAC地址来识别，当同一网络中的机器通信之时，需要预先知道对方的MAC地址,否则向本网络发送ARP

广播; 当不 同 网络的机器相互通信之时，需要知道网关的MAC地址，否则向本网络发送ARP广播; 正是因为不知道MAC地址才会发送广播.

知道的话，直接发送 packet. 对方需要知道收到的Packet的格式，才能够正确的通信. ARP就是其中的一种.

**如果目的IP和自己在同一个网段的时候:**

**当IP层的ARP高速缓存表中存在目的IP对应的MAC地址时** ，则调用网络接口send函数将数据提交给网络接口，网络接口完成

Ethernet Header + IP  \+  CRC的封装，并发送出去:

**当IP层的ARP高速缓存表中不存在目的IP对应的MAC地址时**，则IP层将TCP的SYN缓存下来，发送ARP广播请求目的IP的MAC，受到ARP应答

之后，将应 答 之中的>IP地址，对应的MAC>缓存在本地ARP高速缓存表中，然后完成TCP SYN的IP封装，调用网络接口send函数，将数据

提交给网络接口，网络接 口 完成 Ethernet Header + IP + CRC的封装.

**如果目的IP和自己不在同一个网段的时候，**就需要将包发送给默认网关(路由器IP地址)：

**当默认网关IP层的ARP高速缓存表中存在默认网关对应的MAC地址**时，则调用网络接口send函数将数据提交给网络接口，网络接口完成

Ethernet  Header + IP  \+ CRC

**当默认IP层的ARP告诉缓存表中不存在默认网关对应的MAC地址**时，则IP层将TCP的SYN缓存下来，发送ARP广播请求默认网关的MAC，受

到ARP应答之 后 将应答之中的<默认网关地址，对应的MAC>缓存在本地的ARP高速缓存表当中，然后完成TCP SYN的IP封装，调用网络接

口send函数将数据提交给网 络 接口send函数将数据提交给网络接口，网络接口完成Ethernet Header + IP + CEC封装，并发送出去.

**ARP的位置**

OSI模型有七层，TCP在第四层传输层，IP在第3网络层，而ARP在第2层数据链路层.高层对低层有强依赖的，所以TCP的建立前要进行ARP

的请求和应 答. ARP高速缓存表在IP层使用，如果每次建立TCP连接都发送ARP请求，会降低效率，因此在主机交换机，路由器上都

会有ARP缓存表. 建立TCP连接 时先查询ARP缓存表，如果有效，直接读取ARP表项的内容进行第二层数据报的发送; 只有表失效时才进行

ARP请求和应答进行MAC地址的获取，以建 立TCP连接.

### ARP高速缓存 ###

ARP缓存是一个缓冲区，用来储存IP地址和MAC地址，本质就是<IP地址，MAC地址>的对应表，表中一个条目记录了网络上一个主机的

IP地址和其对应 的MAC地址. 每一个以太网或者令牌环网络适配器都有自己单独的表. 当地址解析协议被询问一个一直IP地址节点的

MAC地址时，现在ARP缓存中查看 ，若存在，就直接返回与之对应的MAC地址，若不存在，才发送ARP请求向局域网查询.

ARP缓存中还包括动态和静态项目：动态项目随时间推移自动添加和删除，每一个动态ARP缓存项都有都设置了TTL，TTL为0时此项目

就从表中删除. 静态ARP缓存条目是永久的，可以使用TCP/IP工具手动添加和删除. 静态ARP缓存条目用来禁止节点发送对常用的本地

IPV4地址的ARP请求. 高速缓存的优点:从ARP高速缓存的使用中可以看到，ARP高速缓存可以减小广播量，进而减小网络通信量，提高

计算机之间的通信效率.  高速缓存的缺点: 造成安全隐患.

ARP协议报头

![SouthEast][]

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