本文主要是介绍【杂记-浅谈ARP地址解析协议】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
1、什么是ARP
ARP，Address Resolution Protocol地址解析协议，ARP协议将IP地址解析为MAC地址。主机或三层网络设备上会维护一张ARP表，用于存储IP地址和MAC地址的映射关系，一般ARP表项包括动态ARP表项和静态ARP表项。
2、为什么需要ARP?
在局域网中，当主机或其它三层网络设备有数据要发送给另一台主机或三层网络设备时，需要知道对方的IP地址。但是仅有IP地址是不够的，因为IP报文必须封装成帧才能通过物理网络发送，因此发送方还需要知道接收方的物理MAC地址，这就需要一个通过IP地址获取物理地址的协议，以完成从IP地址到MAC地址的映射。地址解析协议ARP即可实现将IP地址解析为MAC地址。
3、ARP有哪些类型？
动态ARP：表项由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护，可以被老化，可以被新的ARP报文更新，也可以被静态ARP表项覆盖。动态ARP适用于拓扑结构复杂、通信实时性要求高的网络。正常情况下网络中设备可以通过ARP协议进行ARP表项的动态学习，生成的动态ARP表项可以被老化，可以被更新。但是当网络中存在ARP攻击时，设备中动态ARP表项可能会被更新成错误的ARP表项，或者被老化，造成合法用户通信异常。
静态ARP：静态ARP表项是由网络管理员手工建立的IP地址和MAC地址之间固定的映射关系。静态ARP表项不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。静态ARP表项不会被老化，也不会被动态ARP表项覆盖，可以保证网络通信的安全性。静态ARP表项可以限制本端设备和指定IP地址的对端设备通信时只使用指定的MAC地址，此时攻击报文无法修改本端设备的ARP表中IP地址和MAC地址的映射关系，从而保护了本端设备和对端设备间的正常通信。一般在网关设备上配置静态ARP表项。
4、ARP进行地址解析的过程
情况一：当需要通信的两台主机处于同一网段时，此处假设A和C，A要向C发送数据。
阶段一：A会查找自己本地缓存的ARP表，确定是否包含C对应的ARP表项。如果A在ARP表中找到了C对应的MAC地址，则A直接利用ARP表中的MAC地址，对数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给C。如果A在ARP表中找不到C对应的MAC地址，则先缓存该数据报文，并以广播方式发送一个ARP请求报文。ARP请求报文中的源MAC地址和源IP地址为A的MAC地址和IP地址，目的MAC地址为全0的MAC地址，目的IP地址为C的IP地址。
阶段二交换机收到ARP请求报文后，将该ARP请求报文在同一广播域内转发。
阶段三同一广播域内的主机B和C都能接收到该ARP请求报文，但只有被请求的主机（即C）会对该ARP请求报文进行处理。C比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目的IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的源IP地址和源MAC地址（即A的IP地址和MAC地址）存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP应答报文给A，在ARP应答报文内容中，源MAC地址和源IP地址为C的MAC地址和IP地址，目的MAC地址和目的IP地址为A的MAC地址和IP地址。
阶段四交换机收到ARP应答报文后，将该ARP应答报文转发给A。A收到ARP应答报文后，将C的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给C。
情况二：当需要通信的两台主机处于不同网段时，此处假设主机A和主机D。
A上已经配置缺省网关，A首先会发送ARP请求报文，请求网关Router的IP地址对应的MAC地址。A收到ARP应答报文后，将数据报文封装并发给网关，再由网关将数据报文发送给目的主机D。
总结来说：发送ARP请求的以太网数据帧广播到以太网上的每个主机，ARP请求帧中包含了目的主机的IP地址。目的主机收到了该ARP请求之后，会发送一个ARP应答，里面包含了目的主机的MAC地址。当本网络的所有主机收到该 ARP 数据包时，首先检查数据包中的 IP 地址是否是自己的 IP 地址，如果不是，则忽略该数据包。如果是，则首先从数据包中取出源主机的 IP 和 MAC 地址写入到 ARP 列表中，如果已经存在，则覆盖。然后将自己的 MAC 地址写入 ARP 响应包中，告诉源主机自己是它想要找的 MAC 地址。
5、长/短静态ARP表项
短静态ARP表项：手工建立IP地址和MAC地址之间固定的映射关系，未同时指定VLAN和出接口。如果出接口是处于二层模式的以太网接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发。当需要发送报文时，设备会先发送ARP请求报文，如果收到的ARP应答报文中的源IP地址和源MAC地址与所配置的IP地址和MAC地址相同，则将收到ARP应答报文的VLAN和接口加入该静态ARP表项中，后续设备可直接用该静态ARP表项转发报文。
长静态ARP表项：手工建立IP地址和MAC地址之间固定的映射关系，并同时指定该ARP表项所在VLAN和出接口。长静态ARP表项可以直接用于报文转发。
6、ARP老化机制
如果每次主机A和主机C通信前都要发送一个广播的ARP请求报文，会极大的增加网络负担。而且同广播域的所有设备都需要接收和处理这个广播的ARP请求报文，也极大的影响了网络中设备的运行效率。为了解决以上问题，每台主机或设备上都维护着一个高速缓存，这是ARP高效运行的一个关键。在这个高速缓存中，存放主机或设备最近学习到的IP地址到MAC地址的映射关系，即动态ARP表项。
主机或设备每次发送报文时，会先在本地高速缓存中查找目的IP地址所对应的MAC地址。如果高速缓存中有对应的MAC地址，主机或设备不会再发送ARP请求报文，而是直接将报文发至这个MAC地址；如果高速缓存中没有对应的MAC地址，主机或设备才会广播发送ARP请求报文，进行ARP地址解析。
一方面由于高速缓存的容量限制，另一方面为了保证高速缓存中ARP表项的准确性，设备会对动态ARP表项进行老化和更新。
动态ARP表项的老化参数有：老化超时时间、老化探测次数和老化探测模式。设备上动态ARP表项到达老化超时时间后，设备会发送老化探测报文（即ARP请求报文），如果能收到ARP应答报文，则更新该动态ARP表项，本次老化探测结束；如果超过设置的老化探测次数后仍没有收到ARP应答报文，则删除该动态ARP表项，本次老化探测结束。
设备发送的老化探测报文可以是单播报文，也可以是广播报文。缺省情况下，设备只在最后一次发送ARP老化探测报文是广播模式，其余均为单播模式发送。当对端设备MAC地址不变时，可以配置接口以单播模式发送ARP老化探测报文。
当接口Down时设备会立即删除相应的动态ARP表项。
7、ARP报文格式
以太网目的MAC-以太网源MAC-帧类型-硬件类型-协议类型-硬件地址长度-协议地址长度-OP-源MAC-源IP-目的MAC-目的IP
8、免费ARP及其作用
免费ARP：设备主动使用自己的IP地址作为目的IP地址发送ARP请求。
IP地址冲突检测：当设备接口的协议状态变为Up时，设备主动对外发送免费ARP报文。正常情况下不会收到ARP应答，如果收到，则表明本网络中存在与自身IP地址重复的地址。如果检测到IP地址冲突，设备会周期性的广播发送免费ARP应答报文，直到冲突解除。
用于通告一个新的MAC地址：发送方更换了网卡，MAC地址变化了，为了能够在动态ARP表项老化前通告网络中其他设备，发送方可以发送一个免费ARP。
在VRRP备份组中用来通告主备发生变换：发生主备变换后，MASTER设备会广播发送一个免费ARP报文来通告发生了主备变换。
9、Proxy ARP ARP代理
ARP代理：如果ARP请求是从一个网络的主机发往同一网段但不在同一物理网络上的另一台主机，那么连接这两个网络的设备就可以回答该ARP请求。
Proxy ARP的特点：
1.Proxy ARP部署在网关上，网络中的主机不必做任何改动。
2.Proxy ARP可以隐藏物理网络细节，使两个物理网络可以使用同一个网络号。
3.Proxy ARP只影响主机的ARP表，对网关的ARP表和路由表没有影响。
4.Proxy ARP分为路由式Proxy ARP、VLAN内Proxy ARP和VLAN间Proxy ARP。
有哪几种路由式Proxy ARP
路由式Proxy ARP、VLAN内Proxy ARP、VLAN间Proxy ARP。
10、RARP反向地址转换协议
什么是RARP：RARP，Reverse Address Resolution，反向地址转换协议，网络层协议，与ARP工作方式相反。 RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址，RARP发出要反向解释的物理地址并希望返回其IP地址，应答包括能够提供所需信息的RARP服务器发出的IP地址。
RARP工作流程：主机从网卡上读取MAC地址，然后在网络上发送一个RARP请求的广播数据包，请求RARP服务器回复该主机的IP地址。RARP服务器收到了RARP请求数据包，为其分配IP地址，并将RARP回应发送给主机。PC1收到RARP回应后，就使用得到的IP地址进行通讯。
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