ARP协议总结

IP地址

作用在网络层及上层使用，是一种逻辑地址

MAC地址

作用在链路层和物理层，网络传输时的下一跳地址，是硬件地址，固定在网卡上。

ARP的作用

在同一个局域网内，已知一个主机或路由的IP地址，需要根据这个IP地址找出其对应的MAC地址。 

解析出下一跳MAC地址后封住成帧，向下层交付，传输给下一跳节点，格式如下：

为什么不直接用MAC地址进行通信，还需要 用IP逻辑地址进行通信？

因为现实中存在着各式各样的网络，他们都使用不同的硬件地址，并且在一个网络中硬件可能会损坏，需要更换，如果让人工来维护这个网络，那么就太复杂了，因此使用IP协议，然后通过ARP去自动获取响应的MAC地址。

思考:如果源主机和目的主机不在同一网段,ARP请求的广播帧无法穿过路由器,源主机如何与目的主机通信?

假设搜索网络拓扑为主机A-R1-R2-主机B，由主机A发送到主机B，且路由器已经填充正确的路由表，但无ARP表，物理层均为以太网（只有以太网和令牌网有ARP这个概念） 

• 1、主机A封装报文，发现目的地址与自身不在同一网段，将报文转发给默认网关，查ARP表，无默认网关ARP表项，发送ARP请求默认网关MAC。
• 2、R1收到ARP请求，根据请求中的源IP和源MAC建立关于主机A的ARP表项。并使用自身MAC地址响应ARP请求。
• 3、主机A收到ARP响应，建立关于R1的ARP表项，封装报文成帧，目的IP为主机B，目的MAC为R1的MAC地址。
• 4、R1接收到IP报文，查路由表，发现须经R2转发，查ARP表，无R2表项。发送ARP请求R2的MAC地址，同时将主机A的IP报文丢弃。
• 5、R2收到ARP请求，根据请求中的源IP和源MAC建立关于R1的ARP表项。并使用自身MAC地址响应ARP请求。
• 6、R1收到ARP响应，建立关于R2的ARP表项。
• 7、主机A发现报文超时，重发报文。
• 8、R1收到报文，发现需经R2转发，查ARP表，存在R2表项，修改IP报文源MAC地址为自身，目的MAC地址为R2，并将报文转发至R2。
• 9、R2收到报文，查ARP表，无主机B表项。发送ARP请求主机B的MAC地址，同时将主机A的IP报文丢弃。
• 10、主机B收到ARP请求，根据请求中的源IP和源MAC建立关于R2的ARP表项。并使用自身MAC地址响应ARP请求。
• 11、R2收到ARP响应，建立关于主机B的ARP表项。（到这一步，所有设备的ARP表项已经建立完成了）
• 12、主机A发现报文超时，重发报文。
• 13、R1收到报文，发现需经R2转发，查ARP表，存在R2表项，修改IP报文源MAC地址为自身，目的MAC地址为R2，并将报文转发至R2。
• 14、R2收到报文，查ARP表，存在主机B表项，修改IP报文源MAC地址为自身，目的MAC地址为主机B，并将报文转发至主机B。

思考：路由表里可以找到下一跳路由IP，但是IP数据报的首部中并没有字段是用来放下一跳路由的IP地址的，那么数据报是如何从一个路由发送到下一跳路由器的？

是因为通过路由表获得下一跳IP后，不是把这个IP填入IP数据报，而是通过ARP把下一跳IP转化成MAC地址，把这个MAC地址填入MAC帧首部，这样就可以根据这个MAC地址找到下一跳路由器了。