ARP：地址解析協議

對於乙太網，資料鏈路層上是根據48bit的乙太網地址來確定目的介面，裝置驅動程式從不檢查IP資料報中的目的IP地址。ARP協議為IP地址到對應的硬體地址之間提供動態對映。

工作過程

在乙太網（ARP協議只適用於區域網）中，如果本地主機想要向某一個IP地址的主機（路由表中的下一跳路由器或者直連的主機，注意此處IP地址不一定是IP資料報中的目的IP）發包，但是並不知道其硬體地址，此時利用ARP協議提供的機制來獲取硬體地址，具體過程如下：

1) 本地主機在區域網中廣播ARP請求，ARP請求資料幀中包含目的主機的IP地址。意思是“如果你是這個IP地址的擁有者，請回答你的硬體地址”。

2) 目的主機的ARP層解析這份廣播報文，識別出是詢問其硬體地址。於是傳送ARP應答包，裡面包含IP地址及其對應的硬體地址。

3) 本地主機收到ARP應答後，知道了目的地址的硬體地址，之後的資料報就可以傳送了。

點對點鏈路不使用ARP協議。

幀格式

• 乙太網目的地址：目的主機的硬體地址。目的地址全為1的特殊地址是廣播地址。
• 乙太網源地址：源主機的硬體地址。
• 幀型別：對於ARP協議，該欄位為0x0806。對於RARP協議，該欄位為0x8035。
• 硬體型別：表示硬體地址的型別。值為1時表示乙太網地址。也就是說ARP協議不僅僅應用於乙太網協議，還可以支援別的鏈路層協議。
• 協議型別：表示要對映的協議地址型別。值為0x0800
  時表示IP協議。
• 硬體地址長度：與硬體型別對應的硬體地址的長度，以位元組為單位。如果是乙太網，則是6位元組（MAC長度）。
• 協議地址長度：與協議型別對應的協議地址長度，以位元組為單位。如果是IP協議，則是4位元組（IP地址長度）。
• 操作型別（op）：四中操作型別。ARP請求（1），ARP應答（2），RARP請求（3），RARP應答（4）。
• 傳送端硬體地址：如果是乙太網，則是源主機乙太網地址，此處和乙太網頭中的源地址對應。
• 傳送端協議地址：如果是IP協議，則表示源主機的IP地址。
• 目的端硬體地址：如果是乙太網，則是目的乙太網地址，和乙太網頭中的目的地址對應。
• 目的端協議地址：如果是IP協議，則表示源主機要請求硬體地址的
  IP地址。
• 對應ARP請求包來說，目的端的硬體地址欄位無須填充，其他欄位都需要填充。對於ARP回覆包來說，所有欄位都需要填充。

APR請求包是廣播的，但是ARP應答幀是單播的。

乙太網資料報最小長度是60位元組（14位元組的乙太網頭，不包含4位元組的FCS），ARP資料包長度為42位元組（14位元組的乙太網頭和28位元組的ARP資料），需要加入填充字元到乙太網最小長度要求：60位元組。

ARP快取記憶體

每個主機都有一個ARP快取記憶體表，這樣避免每次發包時都需要傳送ARP請求來獲取硬體地址。預設老化時間是20分鐘。利用arp -a命令可以檢視顯示系統中快取記憶體的內容。

Windows下“arp -d”命令可以清除arp快取記憶體表。

有時候需要手動清除arp快取，曾經就是因為arp快取沒有做清理，導致迷惑了很久。遇到的問題：

1) 製作了一個寫路由器MAC地址的工具，每次寫完MAC地址，重啟路由器，會發現無法telnet登陸路由器。IP地址沒變，但是MAC地址更改了，而ARP快取表中IP地址對映的仍然是舊的MAC地址。

2) 類似的問題，有兩個路由器具有相同的IP地址。先連線一個路由器，登陸成功後，再去連線另一臺路由器，卻發現登陸不了。

ARP代理

如果ARP請求時從一個網路的主機發往另一個網路上的主機，那麼連線這兩個網路的路由器可以回答該請求，這個過程稱作委託ARP或者ARP代理。這樣可以欺騙發起ARP請求的傳送端，使它誤以為路由器就是目的主機。

RARP：逆地址解析協議

將區域網中某個主機的實體地址轉換為IP地址，比如區域網中有一臺主機只知道實體地址而不知道IP地址，那麼可以通過RARP協議發出徵求自身IP地址的廣播請求，然後由RARP伺服器負責回答。RARP協議廣泛應用於無盤工作站引導時獲取IP地址。

RARP允許區域網的物理機器從網管伺服器ARP表或者快取上請求其IP地址。

幀格式

幀格式同ARP協議，幀型別欄位和操作型別不同，具體見ARP幀格式描述。

工作原理

1. 主機發送一個本地的RARP廣播，在此廣播包中，宣告自己的MAC地址並且請求任何收到此請求的RARP伺服器分配一個IP地址。

2. 本地網段上的RARP伺服器收到此請求後，檢查其RARP列表，查詢該MAC地址對應的IP地址。

3. 如果存在，RARP伺服器就給源主機發送一個響應資料包並將此IP地址提供給對方主機使用。

4. 如果不存在，RARP伺服器對此不做任何的響應。

5. 源主機收到從RARP伺服器的響應資訊，就利用得到的IP地址進行通訊；如果一直沒有收到RARP伺服器的響應資訊，表示初始化失敗。