《TCP/IP详解卷1》学习小结(三)------ARP协议与RARP协议

一.  总述

        简单的说，ARP协议就是将IP地址转换为MAC物理地址；而RARP，就是ARP的逆向，也就是将MAC物理地址转换为IP地址。看起来这两个协议是完全对称的，但发明这两个协议的初衷基本上没有什么关系。ARP协议是为了在链接层中传输的datagram只能识别MAC地址，所以只能将IP地址转换为MAC物理地址再进行传输和定向；RARP协议是为了获取无磁盘操作系统的IP地址而设计的。具有本地磁盘的系统通常是从磁盘中的配置文件中读取IP地址的，但是无盘系统无法这样操作，所以就需要将MAC地址转换成IP地址了。

       再介绍一下无盘系统。比如有些网吧的机器本身没有硬盘，而是通过局域网连接到服务器。从这些机器上看到的磁盘实际上是共享的服务器的磁盘。

二.  ARP协议

        (一)ARP介绍

        ARP协议将IP地址转化为MAC物理地址。网络体系结构自上而下可以大致分成四层:应用层，传输层，网络层，链接层。数据传输的过程也是从上至下，最后在链接层之间进行数据交换。当数据包从网络层将要进入链接层时，这个数据包只有目的地的IP地址，这时链接层就不清楚这个IP地址是什么了，就好像接口不统一的手机和充电器无法连接一样。这时，ARP server就派上用场了。ARP server先将目的地的IP地址转换成物理地址，发出一个ARP request,这个request是个没有指定目的地的广播，当网络中有匹配的物理地址时，就将这个物理地址返回，即ARP reply，但ARP reply是有明确的目标地址的，是单播。这时，数据包就有方向了，就可以继续向目的地进发了。

        (二)ARP Cache

        缓存的思想无处不在。IP地址对应MAC物理地址，ARP Cahe中存储的就是这些mappings。有缓存自然就会有timeout,当过了某个时间间隔后，缓存就会被清除，否则缓存无限制增长是件非常可怕的事。如果需要，可以用arp命令的-s选项来添加一个永久的缓存条目。

三.RARP服务器在设计上的复杂性

        RARP是将MAC物理地址转换成IP地址。RARP也有request与reply,并且RARP request也是广播，没有目标地址；RARP reply也是有目标地址，也是单播。这两点与ARP都相同。看起来虽然仅仅是ARP协议的逆向操作，但是RARP server设计的复杂性是远远超过ARP server的。首先，ARP server是存在于kernel中，而RARP server仅仅是一个用户进程，RARP就有些"先天不足"。其次，RARP是寻找与物理地址对应的IP地址，这就表明了RARP request packet包中没有IP地址，自然也就无法通过路由器进行转发了。因为路由器是工作在网络层，网络层的协议是IP协议，ARP request能够通过路由器进行转发，是因为在ARP request packet中有IP地址的字段，而RARP request packet没有，所以路由器对RARP也就没有帮助了。

       RARP还有一个机制，就是在每个网络中都有多个RARP server。我猜想这可能是为了增大可靠性，是用的主从服务器的设计理念。源地址一般只接受第一个RARP reply。有多个服务器，自然也就可能出现冲突。所以RARP server是这样设计的:一般有一个主服务器是接收到request后立刻发送RARP reply，没有发送延迟；而其他的服务器即使接收到了request，也会在一个随机的发送延迟后才能发送reply,而且一般是在短时间内收到重复的第二个request才可以发送reply。因为如果这些次要的服务器都收到了第二次相同的request,那么这种情况一般是主服务器挂了。

四.  ARP与RARP的比较

       (一)相同点

       对于ARP与RARP，request是广播，而reply是单播。

       (二)不同点

        1.协议的目的完全不同。在总述中已经说明。

       2.发送ARP packet的是路由器，而RARP不是。

       3.ARP server在kernel中，而RARP是一个用于进程。

参考资料:《TCP/IP详解卷1:协议》第一版 英文版

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