HCIA笔记（5）— ARP协议

前言：
通过目的IP地址获取目的MAC地址的过程由ARP协议来实现

学习目标：

• 掌握ARP的工作原理
• 理解APR缓存表的作用
• 一个设备发数据给另一个设备，除了知道IP地址，还要包含目的的MAC地址，一起封装成帧。每一个网络设备数据封装前要知道下一跳的MAC地址。MAC地址由ARP协议提供，ARP地址是TCP/IP协议簇中组成部分，实现数据链路层的可达性。

• Hardware Type表示硬件地址类型，一般为以太网
• Protocol Type表示三层协议地址类型，一般为IP
• Hardware Length和Protocol Length为MAC地址和IP地址的长度，单位是字节
• Operation Code指定了ARP报文的类型，包括ARP Request和ARP Reply
• Source Hardware Address指的是发送ARP报文的设备MAC地址
• Source Protocol Address指的是发送ARP报文的设备IP地址
• Destination Hardware Address指的是接收者MAC地址，在ARP Request报文中，该字段值为0
• Destination Protocol Address指的是接收者的IP地址。

ARP工作工程：

• 通过ARP协议，建立目的IP地址和MAC地址的映射。通过网络层获取目的IP地址还要判断目的MAC地址是否可知。如，在主机A发送数据给主机C时，首先获取主机C的MAC地址。

ARP缓存（ARP Cache）：存放IP地址和MAC地址。

• 发送信息前，查找ARP缓存表，存在对方MAC地址，直接封装成帧。不存在，通过发送 ARP Request报文获取它。如果目标在其他网络，源设备会先查找网关MAC地址，将数据发给网关，再转发。
• IP和MAC关系映射关系会放入ARP缓存表一段时间，有效期内都可查到，过了这个有效期，会自动删除。
  
  
  该例适用不知道主机C的MAC地址：

1. 帧头的目的MAC用广播形式进行发送，ARP中目的MAC值为0，操作类型为Request。同时，网关会阻止该报文发送到其他网络。
2. 所有主机收到后，会检查IP地址是否匹配，不匹配则不响应，匹配后主机C把源MCA和IP地址将记录到自己ARP缓存表中。发送ARP Reply进行响应。
3. 向A发送的ARP Reply报文，源地址和源MAC都是主机C的地址，操作类型为Reply，以单播形式传送。
4. 主机A收到Reply报文后，检查MAC地址是否匹配，然后将源MAC和源IP地址记录主机A的ARP缓存表中。
   

• 同一网段，不同物理网络上的计算机之间，通过ARP代理进行相互通信
• 因为路由器无法转发，主机B收不到ARP Request报文，也无法应答。路由开启代理ARP功能后，收到Request会先查找路由表，如存在则把自己的G0/0/0接口作为MAC地址回应主机A。主机A通过该MAC地址进行数据转发。

• 将主机IP发生改变，查找网络中是否IP地址有冲突。发送ARP Request报文，设置目的IP地址为自己的IP地址，进行广播，所有主机包括网关都会收到，当有任何主机和网关回应该报文，则可确定IP地址冲突。

总结：

1. 网络设备在什么情况下发送ARP Request？
   源设备在发送数据给目的设备前，会首先查看自身的ARP缓存，查找ARP缓存中是否存在目的设备的IP地址和MAC地址的映射。如果存在则直接使用，如果不存在则会发送ARP Request。

2. 网络设备什么时候产生免费ARP
   当网络上的一个设备被分配了IP地址或者IP地址发生变更后，可以通过免费ARP来检查IP地址是否冲突。