Ethernet 系列（8）-- 基础学习::ARP

目录

1. ARP的目的：

1.1 什么是ARP

1.2 什么时候用ARP

2. ARP如何工作：

2.1 主机-主机的直接通信

2.2 主机-路由-主机的间接通信

3. ARP header：

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1. ARP的目的：

1.1 什么是ARP:

ARP-地址解析协议，是第3层地址（IP地址）到第2层地址（MAC地址）的映射。

1.2 什么时候用ARP:

执行ARP时，IP地址是已知的，MAC地址是您试图发现的。

2. ARP如何工作：

假设主机B正试图与其他主机A和D通信。主机B已经知道主机A和路由器IP地址。

2.1 主机-主机的直接通信:

首先，ARP请求被广播发送到局域网（LAN）中的任何设备，内容如下图所示。

ARP请求由主机A和路由器接收。 

• 路由器意识到此IP地址与路由器的IP地址不匹配。因此，路由器丢弃该数据包。 
• 主机A意识到该IP地址与主机A的IP地址匹配。因此，主机A处理数据包并生成ARP响应。 
  • 响应包含主机B请求的IP地址到MAC地址的映射。 
  • ARP响应将以单播方式发送回主机B，以便主机B可以知道主机A的MAC地址值。

根据OSI模型，当主机B知道主机A的IP和MAC地址时，就可以与主机A通信。

2.2 主机-路由-主机的间接通信:

在本节中，为了更容易理解，我将以表格的形式说明每个设备的学习机制。学习机制意味着，一旦设备知道其他设备的价值，它就会记住它以备将来使用。 

表格格式如下：

• 在这种情况下，要到达主机D，主机B需要使用路由器的IP地址。主机D知道路由器的IP地址，因为它配置了默认网关。

• 当主机B想和局域网外的主机通话时，它需要通过网关发送请求，在这种情况下是路由器。为了知道路由器的MAC地址，主机B需要发送一个ARP请求，其内容如下图所示。

• ARP请求由主机A和路由器接收。
  • 主机A意识到此IP地址与主机A的IP地址不匹配。因此，主机A丢弃该数据包。
  • 路由器意识到该IP地址与路由器的IP地址相匹配。现在，路由器知道主机B的IP和MAC地址。

• 然后路由器处理数据包并生成ARP响应。
  • 响应包含主机B请求的IP地址到MAC地址的映射。ARP响应将以单播方式发送回主机B。

• 现在，主机B知道路由器的IP和MAC地址。

• 当主机B知道路由器的IP和MAC地址时，主机B可以向该路由器发送一个数据包，其中包含： 
  • 第2层报头包括源MAC地址是主机B的MAC地址，目的MAC地址是路由器的MAC地址。 
  • 第三层报头包括源IP地址是主机B的IP地址，目的IP地址是服务器D的IP地址。

• 当数据包到达路由器时： 
  • 路由器将查看第2层标头以做出决定。在这种情况下，它意识到目标MAC地址与其MAC地址匹配，然后从数据包中删除第2层报头。 
  • 之后，它将查看第3层标头以做出下一个决定。在这种情况下，它意识到目标IP地址与其IP地址不匹配。然后，路由器查阅路由表，确定该IP地址属于eth02:10.4.4.0/24。 
  • 由于路由器连接到该网络，它知道数据包必须被传递到其最终目的地。为此，它需要主机D的MAC地址。 
  • 因此，路由器广播ARP请求。主机D接收ARP请求，并意识到该IP地址与其IP地址匹配，然后将单播响应发送回路由器。

• 路由器接收响应并学习主机D的MAC地址。

• 路由器将第2层报头附加到数据包上，其中包括源MAC地址是路由器的MAC地址，目的MAC地址是主机D的MAC地址。最后，数据包可以发送到主机D。

• 当主机D收到主机B的请求时，它需要发回响应。主机D知道它需要将此数据包发送到局域网外，因此需要通过路由器。为此，它需要知道路由器的MAC地址。因此，ARP请求被广播发送到网络。

• 路由器从主机D接收ARP请求，并意识到该IP地址与其IP地址匹配。由于它已经知道主机D的IP和MAC地址，因此不需要再记忆了。然后，路由器处理ARP请求并将单播发送回主机D。 
• 主机D从路由器接收ARP响应。现在，主机D知道路由器的IP和MAC地址。

• 现在，主机D可以向路由器发送一个数据包，其中包含： 
  • 第2层报头包括源MAC地址是主机D MAC地址，目的MAC地址是路由器MAC地址。 
  • 第3层报头包括源IP地址是主机D IP地址，目的IP地址是主B IP地址。 
• 当数据包到达路由器时： 
  • 路由器将查看第2层标头以做出决定。在这种情况下，它意识到目标MAC地址与其MAC地址匹配，然后从数据包中删除第2层报头。 
  • 之后，它将查看第3层标头以做出下一个决定。在这种情况下，它意识到目标IP地址与其IP地址不匹配。然后，路由器查阅路由表，确定该IP地址属于eth01:10.3.3.0/24。 
  • 由于路由器连接到该网络，它知道数据包必须被传递到其最终目的地。 
  • 由于学习机制，路由器已经知道主机B的MAC地址，因此不需要发送任何ARP请求。然后，路由器将第2层报头附加到数据包上，其中包括源MAC地址是路由器的MAC地址，目的MAC地址是主机B的MAC地址。 
  • 最后，可以将数据包发送到主机B。

3. ARP header：

硬件类型：定义运行ARP的物理网络的类型。 

• 对于以太网，它设置为1。 

协议类型：定义要解析的协议。 

• 对于IPv4，它被设置为0x0800。 

硬件长度：定义物理地址的长度（以字节为单位）。 

• 对于以太网，它被设置为6，这意味着物理地址是6个字节。 

协议长度：定义逻辑地址的字节长度。 

• 对于以太网，它设置为4，这意味着协议地址为4个字节。 

操作：定义ARP数据包为请求或应答。 

• 对于请求，它被设置为1。对于回复，它被设置为2。 

发送方硬件地址：定义源MAC地址。 

发送方协议地址：定义源IP地址。 

目标硬件地址：定义目标MAC地址。 

• 如果此字段未知，则将其设置为00:00:00:00:00 

目标协议地址：定义目标IP地址。

• 请注意，在发送此ARP请求之前，必须将其封装为具有上述格式的以太网帧。 
• 以太网帧的目标MAC地址设置为FF:FF:FF/FF:FF:FF，因为此ARP请求是广播发送到局域网中的任何设备的。