ARP和RARP协议工作原理

ARP和RARP协议工作原理

MAC地址与IP地址是计算机网络通信中非常重要的两类地址，缺一不可。因为在OSI/RM网络层以上是通过IP地址进行寻址的，而在OSI/RM网络层以下则是通过MAC地址进行寻址的。可以说是两类地址各司其职，共同完成一个完整的计算机网络通信。当然在一些网络通信中，还可能有传输层的"端口"号参与到IP寻址中。

1．ARP工作原理

前面介绍到，ARP协议是用于由节点IP地址解析其MAC地址，然后进行局域网内部通信的。例如要与某主机连接，可以在浏览器或运行窗口中输入其IP地址，然而在局域网内是没有网络层的，网络中的主机设备不能识别IP地址，只识别MAC地址，所以这时就需要ARP协议来转换。ARP协议的基本功能就是通过数据包中的目标节点的IP地址查询目标节点的MAC地址，以便把数据包发送到目标设备中。

ARP的基本工作原理如下：

（1）每台主机都会根据以往在网络中与其他节点的通信，在自己的ARP缓存区（ARP Cache）中建立一个ARP列表，以表示网络中节点IP地址和MAC地址的对应关系。

【说明】ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用（Windows系统的这个时间为2分钟，而Cisco路由器的这个时间为5分钟），就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

（2）当源节点需要将一个数据包发送到目标节点时，会首先检查自己ARP列表中是否存在该包中所包含的目标节点IP地址对应的MAC地址。如果有，则直接将数据包发送到这个MAC地址节点上；如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此IP地址目标节点对应的MAC地址。此ARP请求数据包里包括源节点的IP地址、硬件地址，以及目标节点的IP地址。

（3）网络中所有的节点在收到这个ARP请求后，会检查数据包中的目标IP地址是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该节点首先将源端的MAC地址和IP地址的对应表项添加到自己的ARP列表中。如果发现ARP表中已经存在该IP地址所对应的MAC地址表项信息，则将其覆盖，然后给源节点发送一个ARP响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的MAC地址节点。

（4）源节点在收到这个ARP响应数据包后，将得到的目标节点的IP地址和MAC地址对应表项添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源节点一直没有收到ARP响应数据包，则表示ARP查询失败。

2．RARP工作原理

ARP协议是根据IP地址找其对应的MAC地址，而RARP则是根据MAC地址找其对应IP地址，所以称之为"反向ARP"。具有本地磁盘的系统引导时，一般是从磁盘上的配置文件中读取IP地址，然后即可直接用ARP协议找出与其对应的主机MAC地址。但是无盘机，如X终端或无盘工作站，启动时是通过MAC地址来寻址的，这时就需要通过RARP协议获取IP地址。

RARP的基本工作原理如下：

（1）发送端发送一个本地的RARP广播包，在此广播包中声明自己的MAC地址，并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址。

（2）本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址。如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包，并将此IP地址提供给对方主机使用；如果不存在，RARP服务器对此不做任何响应。

（3）源端在收到从RARP服务器来的响应信息后，利用得到的IP地址进行通信；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，则表示初始化失败。