Kathy
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#1 ARP协议的工作原理
ARP协议的工作原理
在以太网（Ethernet）中，一个网络设备要和另一个网络设备进行直接通信，除了知道目标设备的网络层逻辑地址（如IP地址）外，还要知道目标设备的第二层物理地址（MAC地址）。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
当一个网络设备需要和另一个网络设备通信时，它首先把目标设备的IP地址与自己的子网掩码进行"与"操作，以判断目标设备与自己是否位于同一网段内。如果目标设备在同一网段内，并且源设备没有获得与目标IP地址相对应的MAC地址信息，则源设备以第二层广播的形式（目标MAC地址为全1）发送ARP请求报文，在ARP请求报文中包含了源设备与目标设备的IP地址。同一网段中的所有其他设备都可以收到并分析这个ARP请求报文，如果某设备发现报文中的目标IP地址与自己的IP地址相同，则它向源设备发回ARP响应报文，通过该报文使源设备获得目标设备的MAC地址信息。
如果目标设备与源设备不在同一网段，则源设备首先把IP分组发向自己的缺省网关（Default Gateway），由缺省网关对该分组进行转发。如果源设备没有关于缺省网关的MAC信息，则它同样通过ARP协议获取缺省网关的MAC地址信息。为了减少广播量，网络设备通过ARP表在缓存中保存IP与MAC地址的映射信息。在一次ARP的请求与响应过程中，通信双方都把对方的MAC地址与IP地址的对应关系保存在各自的ARP表中，以在后续的通信中使用。ARP表使用老化机制，删除在一段时间内没有使用过的IP与MAC地址的映射关系。
还有当传送过来的包要传向一个LAN的主机时，当它到达网关时，网关要求ARP程序找到物理主机或与IP地址相对应的MAC地址。ARP程序在缓存中寻找，如果找到地址，就提供此地址，以便让此包转换成相应的长度和格式，以传送到此主机。如果未找到，ARP程序就在网上广播一个特殊格式的消息，看哪个机器知道与这个IP地址相关的MAC地址。如果一台机器发现那是自己的IP地址，它就发送回应，这样就指出了相应的地址。ARP程序就更新自己的缓存然后发送此包到回应的MAC地址。因为不同协议的相应处理方法不同，所以有不同网络的地址解析请求。也有反向地址解析协议（RARP）供不知道IP地址的主机从ARP缓存中获得IP地址。
我们还是来通过实验更加深入直观地了解ARP协议的工作原理吧。我们假设有两台主机：A机的IP地址是192.168.0.1，MAC地址是52-54-ab-27-82-83 。
B机的IP地址是192.168.0.2，MAC地址是52-54-ab-27-82-84 。
当主机A想与主机B进行通讯时，A机只知道B机的IP地址是192.168.0.2,当数据包封装到MAC层时他如何知道B
的MAC地址呢，一般的OS中是这样做的，在OS的内核中保存一分MAC地址表，就是我们一中介始到的。用arp -a就可以看见这个表的内容了，例如：
C:\>arp -a
Interface: 192.168.0.X on Interface 0x1000002
Internet Address Physical Address Type
192.168.0.1 52-54-ab-27-82-83 dynamic
其中表内有IP和MAC地址的对应关系，当要过进行通讯时，系统先查看这个表中是否有相关的表项，如果有就直接使用，如果没有系统就会发出一个ARP请求包,这个包的目的地址为ffffffffffff的广播地址，他的作用就是询问局域网内IP地址为192.168.0.2的主机的MAC地址，就像是A在局域网中发信息找一个IP地址为192.168 .0.2的主机MAC地址，同样A机把自已的MAC地址告诉出去是52-54-ab-27-82-83 ，随后所有主机都会接收到这个包，但只有IP为192.168.0.2的B才会响应一个ARP应答包给主机A,B机会回信息给A机说他的MAC地址是52-54-ab-27-82-84 ,好这下主机A就知道B的MAC地址了，于时他就可以封包发送了，同时主机A将B的MAC地址放入ARP缓冲中，隔一定时间就将其删除，确保不断更新。
注意，在这个过程中，如果主机A在发送ARP请求时，假如该局域网内有一台主机C的IP和A相同，C就会得知有一台主机的IP地址同自已的IP地址相同，于时就蹦出一个IP冲突的对话筐。与ARP相对应的还有一个协议RARP:Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议，该协议主要用于工作站模型动态获取IP的过程中，作用是由MAC地址向服务器取回IP地址。
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