解读《TCP/IP详解》(卷1)：04章：ARP(地址解析协议)

1.引言

        

        其中MAC地址又称硬件地址、网络接口地址。 Medium/MediaAccess Control（介质访问控制）简称是MAC，可不是苹果的Mac。

• ARP为IP地址到对应硬件地址之间提供动态映射。动态的含义是指这一过程自动完成，对于应用层用户和系统管理员是透明的。
• RARP，顾名思义，提供与ARP相反的过程。它被无盘系统使用，比如无盘工作站或X终端。可访问下一篇博文

  解读《TCP/IP详解》(卷1)：05章：RARP(逆地址解析协议)

2.ARP高速缓存

        每台主机都运行着一个生存时间维尼20分钟的ARP高速缓存，用来存放最近访问的Internet网络地址（不一定是IP地址）与硬件地址之间的映射记录，正是基于此，ARP才得以高效运行。

        在高速缓存中的表项一般都设置了超时值，也就是说当查询硬件地址操作的时间超出此限制会显示time out信息。从伯克利系统（BSD）演化而来的系统中，一般对完整的表项设置的超时值为20分钟，而不完整表项则为3分钟。这相当于一个定时器，用来删除完整或不完整的表项。

        可以在终端中使用arp -a来查看缓存中的所有内容。

3.ARP分组格式

        图中数字表示所占字节数，前3个字段（14个字节）为【以太网首部】，后面的的9个字段（28字节）为【ARP请求/应答】

• 【帧类型】表示后面的数据类型。值为0x0806时表示ARP的请求应答。
  
• 【硬件类型】表示的硬件地址的类型。值为1时表示以太网。
• 【协议类型】表示要映射的地址协议类型。值为0x0800时表示为IP协议。这与包含IP数据报的以太网数据帧中的协议类型的值相同，这是被有意设计的。（参见前面博文配图）
• 【硬件地址长度】【协议地址长度】顾名思义表示映射双方的长度。以太网的IP地址的ARP请求（目前最常用情况）中两个字段值分别为6和4。举例说明。在命令行输入arp -a。可以看到映射。IP地址占4个字节，硬件地址占了6个字节，一目了然了吧。
• 【op】即【操作字段】，它包含四种类型。由于ARP的请求与应答是相同的帧类型字段，所以要引入操作字段才能加以区分。

  1	ARP请求
  2	ARP应答
  3	RARP请求
  4	RARP应答

• 后面的字段与前面的字段有重复信息。

        “对于一个ARP请求来说，除目的地址外其他都有填充值。当系统收到一份目的端为本机的ARP请求时，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址填充两个发送端地址，并把操作字段置为2，然后发回去”

4.ARP代理

        就是当一个主机向另一个主机发送ARP请求时，这两台主机间的路由器可以响应此请求。源主机误以为路由器就是目的主机，这是常见的网络攻击的方法（ARP欺骗）。这一过程称为ARP代理或委托ARP。

        但是存在的即是合理的，路由器的一个重要功能就是将“广播”的包封闭在局域网内，不让扩散出去，为了避免广播风暴。广播风暴打个比方就是一个会场里，每个人都同时讲话一定乱成一团。但是通过子网划分，将这些广播风暴封闭在局域网内，就能减少影响。而ARP请求是一个广播包，因此也会被路由封闭在局域网内，但若在此局域网内查询不到结果，又该如何将此请求传到局域之外呢？答案就是利用路由器的ARP代理功能。将ARP请求发送出去。

5.免费ARP

        是指主机发送ARP请求查询本机的IP地址。通常发生在系统的引导期间进行接口配置的时候。

作用是：

1. 一个主机用来确定另一台主机是否设置了相同的IP地址。如果没有相同IP则无应答（这是希望得到的结果），如果收到应答，在终端生成错误日志，报告系统管理员出现了不正确的配置。（也有可能是黑客的MAC地址欺骗攻击。导致出现相同IP）
2. 如果发送免费ARP的主机更换了网卡（关机之后更换再开机），或者发生宕机之后启用了备份主机。那么存在其他主机ARP缓存中的硬件地址如果还保持不变，报文就会无法正确传递。而这个请求则会使其他主机中旧的高速缓存得到更新。