ARP

概念

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一种在 TCP/IP 网络中使用的协议，用于将 IP 地址转换为物理硬件地址（例如，MAC 地址）。ARP 的主要目的是确定要通过网络传输数据的目标设备的物理硬件地址，以便将数据帧正确地传送到目标设备。

流程

以上图为例，主机 10.1.1.2 用 ARP 协议查找主机 10.1.1.4 的 MAC 地址，其流程如下图所示

sequenceDiagram
  participant 10.1.1.2;
  participant Switch;
  10.1.1.2 ->> Switch: 请求 IP 地址为 10.1.1.4 的设备的 MAC 地址;
  Switch ->> 10.1.1.3: 广播 ARP 请求;
  Switch ->> 10.1.1.4: 广播 ARP 请求;
  Switch ->> 10.1.1.5: 广播 ARP 请求;
  10.1.1.4 ->> Switch: 返回 ARP 响应;
  Switch ->> 10.1.1.2: 交换器转发 ARP 响应;

具体而言，一次 ARP 请求可以被拆分为如下步骤：

1. ARP 请求

当一台设备（我们称它为主机 A）需要发送数据包到同一局域网内的另一台设备（主机 B），但它只知道目标设备的 IP 地址时，它会在本地网络上广播一个 ARP 请求。这个请求的语义大致是这样的：“我拥有 IP 地址 X.X.X.X 的设备，请告诉我你的物理 MAC 地址。”

ARP 请求的目的 MAC 地址为 ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff，源 MAC 设置为自己的 MAC 地址。

2. 网络上的广播

ARP 请求是一个广播帧，它发送到本地网络上的所有设备。每一台设备都会收到这个请求，但只有 IP 地址匹配请求中 IP 地址的设备会回应这个请求。

3. ARP 响应

当主机 B 收到这个 ARP 请求后，它会识别出请求中的 IP 地址与自己的 IP 地址相匹配，然后向主机 A 发送一个 ARP 响应。这个响应包含了主机 B 的 MAC 地址，并且这个响应是直接发送给主机 A 的，不是广播。

4. 更新 ARP 缓存

主机 A 收到 ARP 响应后，它会在自己的 ARP 缓存表中更新这个信息，将主机 B 的 IP 地址与其 MAC 地址关联起来。ARP 缓存表中的这些条目通常会在一段时间后过期，所以可能需要定期更新。

5. 数据传输

主机 A 现在知道了主机 B 的 MAC 地址，它可以构建一个以太网帧，将数据包含在其中，并使用 B 的 MAC 地址作为目的地址发送出去。

ARP 缓存

所有主机都会维护一个 ARP 缓存，该缓存存储了网络上其他设备的 IP 地址和 MAC 地址的映射。 这减少了广播 ARP 请求的需要，因为主机可以查看自己的缓存来找到之前解析过的地址。

以下是一个简化的 ARP 缓存表格示例，展示了 IP 地址与 MAC 地址的映射关系：