ARP协议、路由器详细工作原理

ARP原理分析

第一次通信时，有对方IP地址但是没有目标MAC地址，该PC就会在网络层启动ARP协议生成一个ARP报文"我叫1.1,我的MAC是AA;谁是1.3,你的MAC是多少?",该PC把报文广播出去,到交换机加上帧头帧尾.帧头的目标MAC是12个F进行广播,报文变为广播请求报文.交换机看到12个F就进行广播,所有人都收到.被广播接收方拿下帧头帧尾再查看3级ARP报文,看问的是谁,其他PC和网关发现找的不是自己就丢弃不给回应.

正确接收方接收到发现问的就是自己,就会给个回应,把自己的MAC地址写进去.因为知道是谁问的,所以此时回应不需要广播,这叫ARP单播应答.PC收到单播应答后,就获取到对方MAC地址.并在自己电脑上生成ARP缓存表,该缓存表内就是别人的IP和别人的MAC地址.

如果路由器发现找的不是自己,不会再继续转发广播.交换机控制不了广播,路由器是天然控制二层广播的设备.广播到路由器永远出不去。

ARP分析（同网段与不同网段）：

　　当PC与其他主机通信时，首先判断与自己是否在同一网段

　　若在同一网段，则发送ARP广播寻求目标IP地址的MAC地址

　　若不在同一网段，则发送ARP广播寻求网关的MAC地址（前提是给PC配了网关）.（想要上网，直接找网关的目标MAC地址）

路由器详细工作原理

　　①一个帧到达路由器后，首先检查帧中目标MAC地址是否是本接口的MAC，如不是则丢弃，如是则解封装并将IP包移动到路由器内部。

　　②将IP包中目标IP与路由表进行匹配，如匹配路由表不成功，则丢弃，返回ICMP错误消息；若成功，则将数据路由到相应的出口，再封装帧头帧尾

　　③检查ARP缓存中是否有下一跳的MAC，如有则重新封装出去；如没有，则发送ARP请求广播报文获取下一跳的MAC，并记录到ARP缓存表中，再重新封装数据帧发送出去。

路由器处理ARP包过程

PC0------SW---------ROUTER---------PC1

假设是第一次通信，有路由器存在，跨网段的通信哦。

1.PC0开始Ping PC1，因为是跨网段的通信，所以要先发ARP包请求网关的MAC地址，要拿到网关的MAC地址才能正确封装数据。这时ARP包（注意这里是ARP包，不是你的Ping包）里源ip地址为PC0的IP地址，源MAC地址为PC0的MAC地址，目标IP地址网关的地址，目标MAC地址为全F（也就是二层的广播地址）

2.当Sw收到PC0的ARP包，先学习，将PC1的MAC地址记录下来并和对应的接口绑定，形成CAM表，因为SW没有学习到关于PC0 的网关的任何表项，所以将此ARP包进行泛洪，包的内容并没有修改。

3.当ARP包到达了路由器，路由器先记录PC0的IP地址和对应的MAC地址，然后会响应这个ARP包，并作出回应，回应的这个ARP,源IP为路由器接口IP，源MAC为路由器接口MAC，目标IP为PC0的IP，目标MAC为PC0 的MAC。。这个ARP回应发回给SW，Sw学习这个MAC地址，并记录到CAM表，然后转发给PC0。

4.这时 PC0已经有了网关的MAC地址，Ping包就可以正常发送，Ping包格式源IP是PC0的IP，源MAC为PC0的MAC，目标IP为PC1的IP，目标MAC为PC0的网关的MAC。

5.当PC0的Ping包到达路由器，路由器这时就要查看自己的路由表，发现有连接有PC1的这个网段，但是路由器没有PC1的MAC地址，无法将此包进行封装转发，封装失败，就将这个包丢弃

6.路由器这时就从连接PC1网段的这个接口发送ARP包，源IP地址，连接PC1的接口IP地址，源MAC地址，连接PC1的接口MAC地址，目标IP地址，PC1的ip地址，目标MAC地址全F。

7.当PC1收到这个路由器发送的ARP包，进行相应，将自己的MAC地址返回给路由器。

8.路由器这个时候就获取了PC1的IP地址和对应的MAC地址。