ARP：地址解析协议
一、简介
ARP（Address Resolution Protocol）：地址解析协议，将 32位 的IP地址，解析为 48位 的物理地址
为什么需要ARP协议？
- 网络接口都有物理地址，链路层的数据帧交换需要定位出mac地址是多少。
- TCP/IP协议以IP地址作为基础，只知道目的主机的IP地址，内核（如以太网驱动）无法将数据帧发送给目的主机
- ARP的作用：提供IP地址和MAC地址的动态映射关系
二、ARP报文解析
解析：
| 数据项 | 长度（byte） | 说明 |
|---|---|---|
| destination/source addr | 6/6 | 表示源/目的mac地址。如果mac地址每一位都为1，则表示 广播地址，当发送广播帧时，同一条cable上的所有物理网卡都会收到 |
| frame type | 2 | 定义帧类型，ARP类型（包括request和reply）为 0x0806 |
| hard type | 2 | 定义物理地址类型，如 值为1表示 Ethernet 类型 |
| prot type | 2 | 定义协议类型，如 值为 0x0800表示IP地址类型 |
| hard size | 1 | 定义物理地址大小，以太网地址为6 |
| prot size | 1 | 定义协议大小，IP地址为4 |
| op | 2 | ARP request（值为1），ARP reply（值为2），RARP request（值为3），RARP reply（值为4） |
| sender Ethernet addr | 6 | 发送者的mac地址 |
| sender IP addr | 4 | 发送者IP地址 |
| target Ethernet addr | 6 | 接收者的mac地址 |
| target IP addr | 4 | 接收者IP地址 |
二、流程及抓包
1、流程
- FTP 客户端，调用 gethostbyname 函数，请求DNS解析，将域名解析为IP地址
- FTP 客户端调用TCP协议栈，和IP地址建立连接
- TCP 协议栈发送IP连接请求给目的主机
- 如果IP地址为本地连接网络，则IP报文可以直接发送给目的主机；如果IP地址为远端网络，则IP路由函数将IP报文发送给 下一跳路由器。这两种场景，IP报文都是发送给本地连接的路由器或主机
- ARP：将32位IP地址转化为48位物理地址，ARP请求广播到网络中。
- 在网络中发送 ARP request （如：who has 10.9.144.9？ Tell 10.9.144.14）以太网帧，这个过程称为广播，是为了获取 目的IP 的mac地址，如上图中的虚线所示。
- 目的主机的以太网层接收到了广播之后，发现是在找自己，则发送 ARP Reply报文，告知FTP客户端mac 地址和ip地址的对应关系
- 发送者接收到 ARP reply，此时，已经知道了目的主机IP和mac地址的对应关系
- 发送IP报文给目的主机
2、抓包举例
本机ARP缓存如下：
ping相同子网的IP地址
wireshark抓包，ARP request 广播报文，目的mac地址为 00: 00: 00: 00: 00: 00；ARP reply报文回复mac地址为 00: ff: ca: 41: 0f: 16
三、命令及用法
1、查看本机ARP缓存：arp -a
- 通常，超时时间为 20 分钟，超过该时间，则会删除ARP缓存
2、arp -s 157.55.85.212 00-aa-00-62-c6-09
3、删除arp缓存：arp -d
四、问题
1、为什么有了IP地址，还需要ARP协议，转换IP地址和MAC地址？
因为在以太网协议中，数据传输依赖MAC地址，而非IP地址，因此需要ARP协议将IP地址转化为MAC地址。
五、参考文献
- 书籍《TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols, W. Richard Stevens.》
- RFC 826
- TCP/IP协议–ARP协议（有了IP地址为什么还需要ARP协议）