ARP协议抓包之帧长度和Gratuitous ARP的问题

　　用Winpcap编程构造ARP包选择网卡并发出，遇到若干问题，学到了许多新知识，但是有的还尚未解决，在这里记录下没解决的和解决的问题。

　　先来看下ARP协议的格式，ARP字段有28个字节，发到以太网中还要加上14字节的以太网首部和4字节的FCS尾部，一共是28+14+4=46字节，以太网帧的最小长度为64字节，所以还要在尾部之前填充18个字节。　

依据此原理我用winpcap编程实现了构造发送ARP包的源程序，并用Wireshark抓到了构造的ARP包，长度为64字节。

但是我在局域网的环境下抓包发现，惊奇的发现ARP帧长度竟然是42字节

对比之下发现与64字节的包相比少了4字节的FCS和18字节的填充位，由于之前我自己抓的64字节的ARP包都是在本机与虚拟机之间做的测试，为了消除不定因素，我准备了同一局域网中的两台真实的计算机做测试：

发送我构造ARP包的主机IP为：172.31.57.222  255.255.192.0

接收我构造ARP包的主机IP为：172.31.40.147  255.255.192.0

分别在两天主机上抓包

发送方抓到的包：

接收方抓到的包：

这下发现发送方和接收方抓到的包都是64字节，考虑到局域网中都是Windows系统，用mac发送ARP包同样是42字节，我又用Linux系统发送ARP包，又发现抓到的包是60字节，对比发现少了4字节的FCS，为什么会这样，我还没有找到资料，先记下来，再解决。

在真实的局域网中抓包的时候还发现了一个奇怪的ARP包，叫Gratuitous ARP，查下资料发现

百度百科的解释和例子：

Gratuitous ARP也称为免费ARP，无故ARP。Gratuitous ARP不同于一般的ARP请求，它并非期待得到ip对应的mac地址，而是当主机启动的时候，将发送一个Gratuitous arp请求，即请求自己的IP地址的mac地址。

免费ARP可以有两个方面的作用：

1) 一个主机可以通过它来确定另一个主机是否设置了相同的I P地址。主机bsdi并不希望对此请求有一个回答。但是，如果收到一个回答，那么就会在终端日志上产生一个错误消息“以太网地址a:b:c:d:e:f发送来重复的I P地址”。这样就可以警告系统管理员，某个系统有不正确的设置。

2) 如果发送免费ARP的主机正好改变了硬件地址（很可能是主机关机了，并换了一块接口卡，然后重新启动），那么这个分组就可以使其他主机高速缓存中旧的硬件地址进行相应的更新。一个比较著名的ARP协议事实[Plummer 1982]是，如果主机收到某个I P地址的A R P请求，而且它已经在接收者的高速缓存中，那么就要用ARP请求中的发送端硬件地址（如以太网地址）对高速缓存中相应的内容进行更新。主机接收到任何ARP请求都要完成这个操作（ARP请求是在网上广播的，因此每次发送ARP请求时网络上的所有主机都要这样做）。

很多系统都使用双机热备份系统（即一个主用，另一个备用， 如果主用没有问题，备用一直处于空闲状态；如果主用出现问题，备用立刻接管）。假设主用服务器的MAC地址为：1111-1111-1111，备用服务器 的MAC地址为：2222-2222-2222，通过某种软件，两台服务器对外共用一个IP，例如10.10.10.1，这样客户机在需要同服务器进行通 信的时候（第一次通信时ARP的缓存是空的，或至少没有10.10.10.1的MAC地址），先向局域网发送广播ARP请求报文，请求 10.10.10.1这个IP地址的MAC地址，得到主用服务器响应后，将10.10.10.1和对应的MAC地址放入自己的ARP缓存中，然后向这个 IP发送请求就可以进行通信了。如果在通信的过程中，主用服务器突然发生故障，宕机了，这时备用服务器立刻接管10.10.10.1这个IP进行服务，可 是刚才那台客户机的ARP缓存表中10.10.10.1这个IP对应的MAC地址是1111-1111-1111，再往这个MAC地址发送数据包肯定是石 沉大海的，怎样才能让备用接管了服务之后立刻能起作用呢？

我们能想到的方法有两种，一种就是在使用双机热备份系统，接管那个IP的时候，生成一个不依赖于任何一个主机的虚拟MAC地址，接管IP的同时也接管那个 虚拟的MAC地址，这样客户机不需要做任何更改动作，ARP缓存表不变。另外一种就是在接管的同时，接管的服务器对外广播一个ARP报文给所有主机，例如 在刚才的例子中，ARP广播报文的数据字段中源IP地址是10.10.10.1，源MAC地址是2222-2222-2222，目的IP地址也是 10.10.10.1，目的MAC地址也是2222-2222-2222，IP报文的目的地址是FFFF-FFFF-FFFF，这样让所有的广播网络上的 主机接收该报文，并更新自己的ARP缓存表，已告知10.10.10.1这个IP的对应MAC地址已经变为2222-2222-2222，这样，刚才的那 个客户机就能正确地同服务器进行通信了。

 

也就是源IP地址和目的IP地址相同的ARP包就是这个神奇的Gratuitous ARP，启动网卡时WINDOWS会发送这个神奇的Gratuitous ARP，但是LINUX不发送和识别这个包。