一份学霸级的ARP学习笔记！引起众多网工纷纷收藏！ _ARP

前置知识:mac地址
在说到ARP协议之前,需要了解MAC地址,在OSI七层模型中,第三层是网络层,要解决的是下一跳机制确定的设备位置,具体来说就是网卡地址,MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并有一个唯一的MAC地址。
MAC地址格式
MAC地址共48位（6个字节），以十六进制表示。第1Bit为广播地址(0)/群播地址(1)，第2Bit为广域地址(0)/区域地址(1) 。前3~24位由IEEE决定如何分配给每一家制造商，且不重复，后24位由实际生产该网络设备的厂商自行指定且不重复。
ff:ff:ff:ff:ff:ff则作为广播地址。
【一份学霸级的ARP学习笔记！引起众多网工纷纷收藏！】01:xx:xx:xx:xx:xx是多播地址，01:00:5e:xx:xx:xx是IPv4多播地址。
ARP协议简介
地址解析协议（英语：Address Resolution Protocol，缩写：ARP）是一个通过解析网络层地址来找寻数据链路层地址的网络传输协议，它在IPv4中极其重要。
ARP是通过网络地址来定位MAC地址。ARP已经在很多网路层和数据链接层之间得以实现，包括IPv4，Chao.NET, DECnet和Xerox PARC Universal Packet（PUP）使用IEEE 802标准, 光纤分布式数据接口, X.25, 帧中继和异步传输模式（ATM），IEEE 802.3和IEEE 802.11标准上IPv4占了多数流量。
在IPv6中, 邻居发现协议（NDP）用于代替地址解析协议（ARP）。
ARP功能
在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的 MAC地址。而在TCP/IP协议中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP协议时，数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址。这就是ARP协议要做的事情。所谓地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。
另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道对方的MAC地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的MAC地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为委托ARP或ARP代理（ARP Proxy）。
在点对点链路中不使用ARP，实际上在点对点网络中也不使用MAC地址，因为在此类网络中分别已经获取了对端的IP地址。
图解ARP协议
根据OSI数据封装顺序，发送方会自顶向下（从应用层到物理层）封装数据，然后发送出去,如果P1 ping P2,那么发生下图所示过程:

文章插图
由于MAC是确定物理设备(网卡)唯一标识,那么这个包在数据链路层就会失败,因为没法找到对应的主机,于是有了ARP协议,说得简单点就是根据在发送数据之前,通过IP2获取MAC2的过程:

文章插图
这时候,有了 [IP1=>IP2, MAC1=>MAC2] ,这两个信息就可以确定主机,并且建立通讯,这时候有个问题,我们图上是一对一的,如果这两个主机不在一个局域网呢?离得很远很远,那怎么办?
解决办法是广播:

文章插图
当arp协议数据包进行广播时,非目的主机接受到这个包会直接丢弃,接收到这个包的目的主机PC2会直接将信息发送给PC1,注意,由于这时候PC2接收到的包中已经有了PC1的IP地址以及MAC地址,所以不需要广播,直接进行发送进行了。
经过上面的处理，PC1获取了PC2的MAC2地址,就可以把数据包发送出去，之后便可以进行正常的通信。ARP的功能和实现过程是如此的简单：它在发送方需要目标MAC地址的时及时出手，通过"一问一答"的方式获取到特定IP对应的MAC地址，然后存储到本地【ARP缓存表】，后续需要的话，就到这里查找。
ARP缓存表
如果我想向局域网中的某个电脑再发送一个数据，那么我的电脑就会从已有的 ARP缓存表中寻找这个IP地址对应的物理地址的ARP表项，然后直接将数据写入以太网数据帧中让网卡进行发送即可，而如果没有找到这个IP地址，那么这个数据就没法立即发送，电脑会先在局域网上广播一个 ARP请求（目标MAC地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF ），广播的ARP请求发出后，处于同一局域网内的所有主机都会接收到这个请求，如果目标IP地址与接收到ARP请求的主机自身IP地址吻合就会返回一个ARP应答，告诉请求者（即我的电脑）自身的MAC地址，当我的电脑收到这个ARP应答后，就去建立一个ARP表项，并且重新将数据发送出去。