ARP协议报文格式及ARP表

摘自：《深入理解计算机网络》 王达著 机械工业出版社
相关知识链接
IPV4数据报头部格式请点击这里
IPv6数据报头部格式请点击这里
IPv4数据报的封装与解封装请点击这里
IPv4数据报的分段与重组请点击这里

ARP协议报文格式及ARP表

ARP（Address Resolution Protocal，地址解析协议）是将IP地址解析为以太网的MAC地址（或者称为物理地址）的协议。在局域网中，当主机或其他网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时，它必须知道对方的网络层地址（即IP地址）。但是仅仅有IP地址还是不够的，因为IP数据报文必须封装成帧才能通过物理网络发送，因为发送站还必须有接收站的物理地址，所以需要一个从IP地址到物理地址的映射。ARP就是实现这个功能的协议。

ARP报文格式

ARP是一个独立的三层协议，所以ARP报文在向数据链路层传输时不需要经过IP协议的封装，而是直接生成自己的报文，其中包括ARP报头，到数据链路层后再由对应的数据链路层协议（如以太网协议）进行封装。ARP报文分为ARP请求和ARP应答报文两种，它们的报文格式可以统一为下图所示。

• 硬件类型：占两字节，表示ARP报文可以在哪种类型的网络上传输，值为1时表示为以太网地址。
• 上层协议类型：占两字节，表示硬件地址要映射的协议地址类型，映射IP地址时的值为0x0800。
• MAC地址长度：占一字节，标识MAC地址长度，以字节为单位，此处为6。
• IP协议地址长度：占一字节，标识IP得知长度，以字节为单位，此处为4。
• 操作类型：占2字节，指定本次ARP报文类型。1标识ARP请求报文，2标识ARP应答报文。
• 源MAC地址：占6字节，标识发送设备的硬件地址。
• 源IP地址：占4字节，标识发送方设备的IP地址。
• 目的MAC地址：占6字节，表示接收方设备的硬件地址，在请求报文中该字段值全为0，即00-00-00-00-00-00，表示任意地址，因为现在不知道这个MAC地址。
• 目的IP地址：占4字节，表示接受方的IP地址。

ARP报文不是直接在网络层上发送的，它还是需要向下传输到数据链路层，所以当ARP报文传输到数据链路层之后，需要再次进行封装。以以太网为例，ARP报文传输到以太网数据链路层后会形成ARP帧。ARP帧如下图所示，他就是在ARP报文前面加了一个以太网帧头。

以太网帧头的三个字段说明

• 目的MAC地址：占6字节，如果是ARP请求帧，因为它是一个广播帧，所以要填上广播MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），其目标主机是网络上的所有主机。
• 源MAC地址：占6字节，这是发送ARP帧的节点MAC地址。
• 帧类型：占两字节，这里用来标识帧封装的上层协议，因为本帧的数据部分是ARP报文，所以直接用ARP的协议号0x0806表示就可以了。

ARP映射表

无论是主机，还是交换机都会有一个用来缓存同一网段设备IP地址和MAC地址的ARP映射表，用于数据帧的转发。设备通过ARP解析到目的MAC之后，将会在自己的ARP映射表中增加IP地址到MAC地址的映射表，以用于后续到同一目的地数据帧的转发。ARP表项分为动态ARP表项和静态ARP表项。

动态ARP表项

动态ARP表项由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护，可以被老化，可以被新的ARP报文更新，也可以被静态ARP表项所覆盖。当到达老化时间或接口关闭时会删除相应的动态ARP表项。

静态ARP表项

静态ARP表项通过手工配置（通过对应设备的IP地址与MAC地址绑定命定进行）和维护。不会被老化，也不会被动态ARP表项覆盖。配置静态ARP表项可以增加通信的安全性，因为静态ARP可以限定和指定IP地址的设备通信时只使用指定的MAC地址（也就是我们通常所说的IP地址和MAC地址的绑定），此时攻击报文无法修改此表项的IP地址和MAC地址的映射关系，从而保护了本设备和指定设备间正常通信。静态ARP表项又分为短静态ARP表项和长静态ARP表项

短静态ARP表项

在配置短静态ARP表项时，只需要配置IP地址和MAC地址项。如果出接口是三层以太网接口，短静态ARP表项可以直接用于报文转发；如果出接口是VLAN虚接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发，当要发送IP数据包时，先发送ARP请求报文，如果收到的相应报文中的源IP地址和源MAC地址与所配置的IP地址和MAC地址相同，则将接受ARP响应报文的接口加入该静态表项中，之后就可以用于IP数据包的转发了。

长静态ARP表项

在配置长静态ARP表项时，除了配置IP地址和MAC地址项外，还必须配置该ARP表所对应的VLAN（虚拟局域网）和出接口。也就是长静态ARP表项同事绑定了IP地址、MAC地址、VLAN和端口，可以直接用于报文转发。