【笔记】tcp/ip illustrated <4 ARP>

一、参考

二、名词解释

ARP：address resolution protocol 地址解析协议
RARP: reverse address resolution protocol 反向地址解析协议

三、内容

1. 概要

IP地址仅仅在TCP/IP协议栈中被使用，如果一个数据链路层是以太网或者令牌环，则它们有自己的寻址结构（48位）
网络中可能存在多种网络层协议同时运行
当以太网数据帧从某个主机发送到局域网中的另一台主机，48位的网络地址决定了接收数据帧的网络接口，设备驱动程序不会寻找IP数据包中的目标IP地址

由图：
（1）FTP客户端，调用gethostbyname函数，将主机名称转换为IP地址（32位），在DNS中称为转化函数，此转换过程需要使用DNS协议或者在小型网络中，直接查找/etc/hosts静态文件
（2）FTP客户端建立TCP连接，目标IP地址为（1）中获取的IP地址
（3）FTP客户端发送连接请求数据，通过IP协议，发送IP数据包
（4）如果目标主机和源主机在同一个本地网络中（以太网、令牌环、点到点连接），IP数据包可以直接发送到目标主机；如果目标主机位于远端网络中，IP路由获取下一跳路由地址，将IP数据包发送到下一跳，最终，IP数据包都会发送到本地网络中
（5）目标主机位于局域网中，需要将逻辑IP地址转为物理硬件地址（ARP过程），ARP也用于广播（多个主机和路由连接到一个网络中）
（6）ARP协议，广播ARP请求（实际为一个以太网帧）到网络中的每个主机，ARP请求中包含目标主机的IP地址，请求目的是接收请求的每个主机，判断自己IP地址是否是以太网帧中包含的目标IP地址，如果是，则返回硬件地址
（7）目标主机的ARP层，接收到广播，确认发送者请求自身硬件地址，目标主机返回ARP响应，其中包含IP地址和对应的硬件地址
（8）接收ARP响应
（9）发送IP数据包到目标主机

2. ARP缓存

ARP转换最有效的方式是在每个主机上保存转换缓存，缓存中包含IP地址和硬件地址之间的映射，每一条缓存记录有效期为20分钟（从记录创建开始计时）
arp -a 查看所有arp缓存记录

以太网地址为48位，展示成6个16进制数字，中间使用冒号分隔

3. ARP包结构

以太网头部开始的两个字段为以太网源目地址，如果目的地址全部都是1，表示为广播地址，电缆上以太网接口都可以接收到数据帧
frame type字段，值0x0806标识是ARP（请求或者是响应）

hard type字段，指定硬件地址类型，值1标识以太网类型地址
prot type字段，指定将要映射的协议地址的类型，IP地址值为0x0800

hard_size, prot_size指定硬件和协议地址占用的字节数量
（例如：ARP请求或者ARP响应，对于以太网地址和IP地址，hard_size, prot_size = 6, 4）
op字段指定该数据是ARP请求（值为1），ARP响应（值为2），RARP请求（值为3），RARP响应（值为4）
最后四个字段，分别是发送者硬件地址，发送者协议地址，接收者硬件地址，接收者协议地址，发送者硬件地址在以太网头部和ARP请求中都有记录

对于一个ARP请求，除了接收者硬件地址，其他字段都有值，当系统接收到ARP请求后，将填充硬件地址，然后转换接收者和发送者，将op字段值变为2，然后发送ARP响应

4. ARP缓存超时

伯克利实现的ARP缓存，对完整的ARP记录20分钟，不完整的ARP记录3分钟，多数伯克利实现，当重新使用记录中ARP时候，超时时间会被重新计时

5. 代理ARP

代理ARP允许路由器在一个网络中，接收另一个网络主机发送的ARP请求
使用代理ARP，ARP请求中的目的主机为路由器地址，但实际上目标主机是路由器后面的主机，路由器充当了目标主机的代理，作为数据包的中转

由上图：

（1）在子网140.252.1某个主机(例如：gemini)有一个IP数据包，发送到sun主机（主机IP: 140.252.1.29）
（2）gemini判断网络ID和子网ID，广播ARP请求到相同网络ID、子网ID的以太网中
（3）netb路由器，发现ARP请求中的IP地址属于其拨号主机之一，响应ARP请求，返回网络接口（子网140.252.1)的硬件地址
注意：每个拨号主机不需要使用唯一的IP地址来连接到路由器中，所有拨号主机使用140.252.1.183作为SLIP链接的目标地址

ARP代理，也称为 promiscuous ARP or the ARP hack
ARP代理可以隐藏两个物理网络，在两者之间起到路由作用