TCP/IP ARP

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议，是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

当在同一网络段内或同一子网内，主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播发送到网络上的所有主机，并接收返回消息，以确定目标主机的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

ARP提供的功能是32bit的IP地址与48bit的MAC接口地址之间的动态映射。

ARP工作过程

　　

　　主机A的IP地址为172.16.1.1，MAC地址为78-51-7b-21-0f-05；主机B的IP地址为172.16.1.2，MAC地址为78-51-84-11-10-05。

　　当主机A要与主机B通信时，ARP地址解析协议将主机B的IP地址172.16.1.2解析成主机B的MAC地址，以下为工作流程：

　　1、根据主机A上的路由表，确定访问主机B的转发接口地址。A主机在本机ARP缓存中查询主机B IP地址对应的MAC地址。

　　2、如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问172.16.1.2对应的MAC地址，并将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包含在ARP请求帧中。本地网络上的每台主机都会收到ARP请求并检查是否与自己的IP地址匹配，如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配，则丢弃ARP请求包。

　　3、主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本机ARP缓存中。

　　4、主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。

　　5、当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。

　　本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程，主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。

　　

ARP缓存

　　ARP缓存是储存IP地址和MAC地址的缓冲区，其本质是一个IP地址与MAC地址的对应表，表中记录了网络上主机的IP地址与对应的MAC地址。当地址解析协议被询问一个已知IP地址对应的MAC地址时，先在ARP缓存中查看，若存在，就直接返回与之对应的MAC地址，若不存在，才发送ARP请求向局域网查询。

　　

ARP报文格式

　　

　　1、目的地址（6bit）：ARP请求的目的地址，全F代表广播地址。

　　2、源地址（6bit）：发送ARP请求的以太网地址。

　　3、帧类型（2bit）：表示后面的数据类型，ARP请求和ARP应答这个值为0x0806。

　　4、硬件类型（2bit）：硬件地址的类型，是以太网类型时此值为1。

　　5、协议类型（2bit）：要映射的协议地址的类型，要对IPv4地址进行映射，此值为0x0800。

　　6、硬件地址长度（1bit）：MAC地址占用的长度，6字节。

　　7、协议地址长度（1bit）：IP地址占用的长度，4字节。

　　8、操作类型OP（2bit）：ARP请求（值为1）、ARP应答（值为2）、RARP请求（值为3）、RARP应答（值为4）。

　　9、发送端以太网地址（6bit）：发送ARP请求地址（MAC）。

　　10、发送端IP地址（4bit）：发送ARP请求的IP地址（IP）。

　　11、目的以太网地址（6bit）：接收ARP请求地址（MAC）。

　　12、目的IP地址（4bit）：接收ARP请求的IP地址（IP）。

ARP实例(分析):

　　1、此次测试环境，我选择在我们的局域网中用真机进行的测试，为了能还原ARP协议在真实的网络环境中，整个请求与应答的全过程。

　　 2、为了测试ARP协议，请求的主机IP是243，应签主机IP是1，当IP是243的主机向局域网发ARP Request请求时：

　　

　　3、当IP是1的主机回应IP是243的主机发ARP Response回应时：

　　

　　总结：在window 7环境下，发ARP Request请求时，发送的数据包长是42字节，发ARP Response回应时，发送的数据包长是60字节。为何不是TCP/IP模块中对以太网最小帧64字节的定义呢？

　　1、发送时是42字节，并未补18个字节的空值，也没有4字节的FCS值。

　　2、回复时是60字节，有18个字节的空值，没有4字节的FCS值。

　　猜想，当数据包发送与回复时，抓包软件抓取的数据包帧长度并未与以太网最小帧长64字节匹配，是网卡做了优化？