计算机网络基础——地址解析协议ARP

MAC地址

媒体存取控制地址（Media Access Control Address, MAC地址），即物理地址，用于在网络中唯一标示一个网卡

在网络链路中传送的帧最终必须按照MAC地址找到目的主机，但由于异构网络可能使用不同的MAC地址，所以需要IP地址标识互联网中的主机，IP地址再通过ARP找到对应主机的MAC地址。

由于路由器的隔离，IP网络中无法通过广播方式依靠MAC地址来完成跨网络的寻址，因此在IP网络的网络层只能使用IP地址来完成寻址。

在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报，在数据链路层，只能看见MAC帧，路由器转发IP分组时，IP分组在每个网络中都被路由器解封装和重新封装，故IP数据报在被路由器转发时，即在不同网络上传送时，其数据链路层封装所使用的MAC地址是不断改变的。

ARP

地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）ARP用于完成从IP地址到MAC地址的映射，IP协议使用了ARP，通常将ARP归为网络层，但ARP协议用于把网络层使用的IP地址映射到数据链路层使用的硬件地址，所以也可以把ARP归为数据链路层，一般情况下认为ARP工作在网络层

RARP

反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol, RARP），RARP用于完成从MAC地址到IP地址的映射，现在的DHCP协议已经包含了RARP的功能

ARP高速缓存

每台主机都有一个ARP高速缓存（ARP表），用于存放本局域网上个主机和路由器的IP地址到MAC地址的映射表，使用ARP动态维护ARP表

工作原理

当某个主机（源主机）需要向本局域网的另一台主机（目标主机）发送IP数据报时，先在其ARP表中查找该主机的IP地址，若找到则可以直接得到其MAC地址，将MAC地址写入MAC帧，若没有找到，则使用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧来封装并广播ARP请求分组，该帧还包含了源主机IP地址、源主机MAC地址和目的主机IP地址，与源主机所在局域网内的所有主机收到ARP请求，目的主机收到ARP请求后发现其IP地址与ARP请求分组中要查询的IP地址相同，则向向源主机发送ARP响应分组，而其他主机则不会理会该ARP请求分组，该分组包含目的主机的IP地址和MAC地址的映射关系，源主机收到后将此映射写入ARP表。

目的主机在收到源主机的ARP请求分组后，在发回ARP响应分组的同时，将源主机的IP地址和MAC地址映射写入目的主机ARP表中，这样可以减少网络的通信量

ARP请求分组是广播发送的，而ARP相应分组则是单播。

ARP对保存在ARP表中的映射地址设置生存时间，以避免硬件地址失效

若源主机和目的主机不在同一局域网内，源主机通过ARP找到一个位于本局域网内的某个路由器的MAC地址，将分组发送给该路由器，该路由器转发给下一个网络，直到找到对应MAC地址。

四种典型情况

同局域网内主机到主机

发送方和接收方都为主机且在同一局域网内，ARP请求分组发给本局域网内的目的主机

不同局域网主机到主机

发送方和接收方都为主机但不在同一局域网内，找到局域网内某个路由器的地址，ARP请求分组发送给本局域网的某个路由器，剩下的工作由路由器来完成

同一局域网内路由器到主机

发送方为路由器而接收方为主机且在同一局域网内，路由器发送ARP请求分组，找到目的主机的MAC地址

不同局域网路由器到主机

发送方为路由器而接收方为主机但不在同一局域网内，路由器发送ARP请求分组找到目标主机所在的路由器MAC地址，剩下的工作交给路由器完成

自动解析

从IP地址到MAC地址的解析是自动进行的，主机用户对这种地址解析过程是不知道的，只要主机或路由器要和本网络中的另一个已知IP地址的主机或路由器通信，ARP就会自动地进行解析。

参考

谢希仁. 计算机网络（第7版）. 电子工业出版社, 2017.
王道考研计算机网络

最后

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