ARP 协议工作原理（同网段及跨网段）

目录

一、ARP简介

二、ARP的工作原理

三、ARP协议在同网段工作原理

 四、ARP协议在不同网段工作原理

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一、ARP简介

ARP全称是“Address Resolution Protocol”(地址解析协议)，ARP作用于以太网的环境之中，以太网环境之中数据的传输依赖的是MAC地址并不是我们所熟悉的IP地址，每个电脑都有一个IP地址记以及一个MAC地址（全球唯一），二者缺一不可，将我们所知道熟悉的IP地址转换为MAC地址就是ARO协议的工作

二、ARP的工作原理

 1.Host1发送数据前设备会先查找自己的ARP缓存表，如果有直接封装到帧里进行发送,如ARP缓存表没有对应IP地址的MAC信息，则会通过ARP进行获取

2.Host1会发送ARP Request报文来请求获取Host2的MAC地址（因为帧内没有目的MAC地址是不可以进行传输的，所以ARP报文内的目的MAC地址为全F）

3.因为ARP Request目的MAC地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF（广播数据帧），所以交换机收到后会直接对该帧进行泛洪（广播）操作，并且学习该IP的MAC地址以及端口号到交换机自己的MAC缓存表

4.所有主机都接受到该ARP Request报文后，都会检查该帧的目的IP地址与自身的IP地址是否匹配，不匹配就直接丢弃，Host发现与自己IP地址匹配，就会先把发送端的IP与MAC地址信息记录到自己的ARP缓存表之中，然后Host2就会发送ARP Reply报文（因为刚才进行了学习所以知道Host1的MAC地址，所以ARP Reply是单播数据帧）来进行响应

5.交换机收到单播数据帧以后，会对该帧进行转发操作，并且学习Host2的MAC地址和端口号到自己的MAC缓存表

6.Host1收到Host2的ARP Reply报文后会检查目的IP与自己IP地址字段是否相同，如果匹配就将回应报文的源IP地址与MAC地址学习到自己的ARP缓存表之中，然后就可以传输信息进行通信

总结

-----Host1查找自身缓存表

-----发送广播ARP Request报文

-----交换机对该广播帧直接执行泛洪操作并且进行学习

-----Host2查询到是在问询自己，先进行学习再进行回复

-----交换机进行转发该单播数据帧，并且学习MAC地址信息和端口号

-----Host1收到回复后进行学习到ARP缓存表中

三、ARP协议在同网段工作原理

 在同网段也就是在同一个局域网之中同一个广播域之中，以下统称为局域网，在局域网中，网络传输的实际是“帧”，帧里面有很重要的两个构成是源MAC地址与目的MAC地址，所以两台PC间想要通信就必须获取目的PC的MAC地址，但是我们一般都只是知道目的PC的IP地址（简单好记嘛），如何通过IP地址找到对应的MAC地址呢，这时候就是发挥ARP(地址解析协议)作用的时候，ARP协议可以通过目标设备的IP地址查询目标设备的MAC地址，然后对数据进行转发，以保证通信的顺利进行

-----Host1查找自身缓存表，如没有发送广播ARP Request报文

-----交换机对该广播帧直接执行泛洪操作并且进行学习

-----Host2查询到是在问询自己，先进行学习再进行回复

-----交换机进行转发该单播数据帧，并且学习MAC地址信息和端口号

-----Host1收到回复后进行学习到ARP缓存表中

-----Host1将Host2的MAC地址封装到目的MAC地址，然后进行传输信息

-----交换机收到该单播信息帧后，将该帧解封装到第二层数据链路层（交换机是二层设备）获取目的MAC地址，在查询自身MAC缓存表进行转发操作

-----Host2收到该帧后进行解封装获取信息内容

 四、ARP协议在不同网段工作原理

目标：pc1（192.168.1.1）向pc3（192.168.2.1）跨网段通信，以下统称pc1为主机1  pc2为主机3

-----1. 主机1数据封装IP后继续向下封装，但是发现没有主机2的MAC地址，于是查询ARP,ARP缓存表里没有该IP的MAC地址信息,但是发现主机2IP不是本网段IP需要跨网段传输（跨网段传输借助IP），跨网段相当于要出本局域网的这个大门，所以需要找网关，查询ARP表，发现没有网关MAC地址信息

-----2.主机1先把要发送的信息放入缓存中，然后在本局域网内发送ARP Request报文请求网关的MAC地址

-----3.LSW1对该帧源mac和接口信息进行学习，然后对该广播报文进行泛洪操作

-----4.AR1收到广播数据包后，先将主机1的MAC信息学习到自己的MAC地址表中，然后对比该报文的目的IP是否为自己，AR1发现请求的正是自己的MAC地址，于是AR1回复一个ARP Reply报文(封装自己的IP地址为源IP地址，自己的MAC地址为源MAC地址)，内容大概是“我是网关，我的MAC地址是xxxxxxxxxxxxxxxxxx”

-----5.LSW1进行学习网关MAC与端口信息，并进行转发

-----6.主机1收到AR1的回复报文后，将缓存的数据拿出，目的IP为主机3IP目的MAC为本网段网关的MAC地址（跨网段通信，目的MAC地址统一写本网段内网关的MAC地址，意思是帧交给网关就完事了，由网关进行下一步转发，就没主机的事了，目的MAC写网关即可），重新封装好后进行重新发送

-----7.在同网段内靠MAC地址进行传输，所以AR会收到这个数据包，但是AR发现这个数据包的目的IP地址并不是自己，所以就需要进行路由（查询一条前往的道路），从路由表查找通向192.168.2.0网段192.168.2.1的地址，AR准备从对应的网关（接口）进行发送，然乎查询MAC地址表，如果有就进行转发，没有的话就发送ARP Request报文进行问询主机3的地址

-----8.LSW2学习MAC地址和端口信息并泛洪该广播报文

-----9.主机3学习核对并回复一个ARP Reply报文

-----10.LSW2学习并转发该单播回复报文

-----11.AR收到回复后i，先学习然后将该数据包源IP与源MAC地址信息封装成AR自己的，目的IP以及目的MAC地址信息封装为主机3的相关信息，加上FCS，封装好后进行发送

-----12.LSW2查询并转发

-----13，主机3收到数据包进行解封装，看到数据载荷，发送过程完成

-----14，主机3收到信息后进行回复，不在同网段就回复给本网段网关，通过LSW2转发给AR1(不需要学习,MAC地址表有一定有效时间)

-----15，网关（AR)收到回复后将数据包里的目的MAC换成主机1的MAC，再通过LSW1转发到主机1的手中

注：有发送有回复，才是一个完整的传输过程，二者缺一不可

注意：

1.同网段通过MAC地址进行通信，跨网段（上网）通过IP地址进行通信

2.跨网段的转发过程是局域网传输（MAC）---路由（IP地址）---局域网传输（MAC）

3.跨网段传输目的MAC地址写网关的MAC地址，网关接收后将数据包中自己的MAC换成数据包里真正对应的MAC地址

4.ARP请求以广播发送，ARP Reply报文是单播回复的方式

5.路由器隔绝广播域，交换机隔绝冲突域

本文借鉴于（只是借鉴思想，文字全部手敲，不存在Ctrl+c/v）ARP协议在同网段及跨网段下的工作原理_SoldierJazz的专栏-CSDN博客_arp跨网段请求的过程