网络层协议ARP

ARP协议概述

地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)是一种将IP地址转换为MAC地址的协议，它的作用是在网络层和数据链路层之间建立一个映射表，以便数据包能够正确地从源主机发送到目标主机。

ARP协议的原理非常简单：当一个主机需要向另一个主机发送数据包时，它会首先检查它的ARP缓存表（即已经建立好的映射表），看看目标主机的MAC地址是否已经在表中。如果在表中已经存在，则直接发送数据包到目标主机；如果表中不存在，则主机就会广播一个ARP请求数据包，请求目标主机的MAC地址。目标主机收到这个请求后，会向源主机发送一个ARP响应数据包，其中包含它的MAC地址。源主机接收到这个响应数据包后，就会更新自己的ARP缓存表，并使用目标主机的MAC地址发送数据包。

ARP协议的数据格式

下面是ARP协议的数据格式：

+--------+--------+------+---------+------+-----------+------+-----------+------+
|  硬件类型  | 协议类型 | 硬件地址长度 | 协议地址长度 | 操作码 |  发送方MAC地址  |  发送方IP地址  |  目标MAC地址  |  目标IP地址  |
+--------+--------+------+---------+------+-----------+------+-----------+------+
|    2    |   0800  |    6    |     4    | 1/2  |  6字节   |  4字节   |  6字节   |  4字节   |
+--------+--------+------+---------+------+-----------+------+-----------+------+

其中各字段的含义如下：

• 硬件类型：表示硬件地址的类型，常见的类型有以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）等。
• 协议类型：表示协议地址的类型，常见的类型有IP、IPv6等。
• 硬件地址长度：表示硬件地址的长度，单位是字节。
• 协议地址长度：表示协议地址的长度，单位是字节。
• 操作码：表示ARP数据包的类型，有请求和响应两种类型，分别用1和2表示。
• 发送方MAC地址：表示发送方的MAC地址。
• 发送方IP地址：表示发送方的IP地址。
• 目标MAC地址：表示目标的MAC地址，当操作码为1时，此字段为空。
• 目标IP地址：表示目标的IP地址。

ARP协议的工作流程

下面是ARP协议的工作流程：

1. 当主机A需要向主机B发送数据包时，它首先检查自己的ARP缓存表，看看是否已经有了主机B的MAC地址。
2. 如果在ARP缓存表中已经有了主机B的MAC地址，则主机A直接将数据包发送给主机B。
3. 如果在ARP缓存表中没有主机B的MAC地址，则主机A需要发送一个ARP请求数据包，向本地网络中的所有主机广播，请求主机B的MAC地址。
4. 收到ARP请求数据包的主机B会检查请求中的目标IP地址是否是自己的IP地址，如果是，则向主机A发送一个ARP响应数据包，告诉主机A自己的MAC地址。
5. 主机A收到ARP响应数据包后，就可以更新自己的ARP缓存表，并使用主机B的MAC地址发送数据包。
6. 如果在一定时间内没有收到ARP响应数据包，则主机A会认为目标主机不可达。