地址解析协议（ARP）是通过解析网络层地址来找寻数据链路层地址，通过网络地址（IP地址）定位MAC地址的网络传输协议。
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。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。
在每台安装TCP/IP协议的计算机或路由器里都有一个ARP缓存表，表里的IP地址和MAC地址都是一一对应的，如下表所示：
以上表中的主机A（192.168.38.10）向主机B（192.168.38.11）发送数据为例。
- 当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表例寻找是否有目标IP地址。如果找到就知道目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可。
- 如果在ARP缓存表中没有找到对应的IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播（ARP request），目标MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机都发出这样的询问：“192.168.38.11的MAC地址是什么”
- 网络上其他主机都不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应（ARP response）：“192.168.38.11的MAC地址是00-BB-00-62-C2-02”，此回应以单播方式。这样，主机A就知道主机B的MAC地址，，他就可以向主机B发送信息。同时它还更新自己的ARP高速缓存（ARP cache），下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可。
概括起来说，即：
- 首先，每台主机都会在自己的ARP缓冲区建立一个ARP列表，当源主机需要发送一个数据报给目的主机时，会检查自己的ARP列表中是否含有目的IP地址，如果有则可以查到对应的MAC地址，直接发送到此MAC地址就可以了
- 如果源主机的ARP列表中不存在此IP地址，就发送一个广播，向所有主机查询此IP地址对应的MAC地址
- 如果查找到了，目的主机会将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中，并向源主机发送一个ARP响应数据包，告诉对方自己是它要查找的MAC地址；源主机则会向目的主机发送数据，同时将目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中
ARP缓存表采用老化机制，在一段时间内，如果表中某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。