3.ARP协议

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

3.1为什么有ARP协议？

ARP 协议建立了主机 IP 地址 和 MAC 地址 的映射关系。

在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的 IP 地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址（MAC地址）；

数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃；

因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

3.2ARP的定位

在TCP/IP四层模型中，网络协议栈自顶向下分为应用层、传输层、网络层和数据链路层。

其中应用层最典型的协议有HTTP、HTTPS和DNS等，传输层最典型的协议有TCP和UDP，网络层最典型的协议就是IP，数据链路层最典型的协议就是MAC帧协议，但实际数据链路层还有两种协议叫做ARP和RARP。

ARP、RARP和MAC帧协议虽然都属于数据链路层的协议，但ARP协议和RARP协议属于MAC帧的上层协议。

也就是说，MAC帧的上层协议不一定就直接是网络层的协议，MAC帧的上层协议有可能也属于数据链路层的协议，但就是位于MAC帧的上层。

网络层当中的ICMP协议和IGMP协议，这两个协议虽然与IP协议都属于网络层，但这两个协议属于IP的上层协议。

3.3ARP协议工作流程

源主机发出 “ARP请求”，询问“IP 地址是 172.20.1.2 的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到本地网段（以太网帧首部的硬件地址填 FF:FF:FF:FF:FF:FF 表示广播）。

目的主机接收到广播的 ARP请求，发现其中的 IP 地址与本机相符，则发送一个 “ARP应答” 数据包 给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中；

每台主机都维护一个 ARP 缓存表，可以用arp -a命令查看。 缓存表中的表项有过期时间（一般为 20 分钟），如果 20 分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发 ARP 请求来获得目的主机的硬件地址。

3.4ARP数据格式

硬件类型指链路层的网络类型，1为以太网。

协议类型指要将什么类型的地址转换为MAC地址，0800为IP地址。

硬件地址长度对于以太网地址为6字节，因为MAC地址是48位的，该字段如果硬件类型为以太网，则填6。

协议地址长度对于IP地址为4字节，因为IP地址是32位的，该字段如果协议类型为IP，则填4。

op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。

从ARP的数据格式也可以看出，ARP是MAC帧协议的上层协议，ARP数据格式中的前3个字段和最后一个字段对应的就是以太网首部，但由于ARP数据包的长度不足46字节，因此ARP数据包在封装成为MAC帧时还需要补上18字节的填充字段。

所以根据MAC帧中的类型字段，可以决定将该MAC帧交付给上层的哪一个协议：IP协议、ARP协议还是RARP协议。

4.RARP协议

RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址转换协议），是根据MAC地址获取IP地址的一个TCP/IP协议。

也就是说，某些情况下我们可能只知道一台主机的MAC地址，此时要得知该主机的IP地址就可以使用RARP协议。

理论上来说，RARP协议一定比ARP协议简单，因为既然我们已经知道一台主机的MAC地址了，那么我们就已经可以直接向给主机发送消息了，因此我们可以直接发消息询问对方的IP地址就行了。