计算机网络：网络层ARP协议

在实现IP通信时使用了两个地址：IP地址（网络层地址）和MAC地址（数据链路层地址）

问题：已知一个机器（主机或路由器）的IP地址，如何找到相应的MAC地址？

为了解决上述问题，提出了地址解析协议ARP：用于解决同一个局域网上从IP地址到MAC地址的映射问题

ARP高速缓存（ARP cache）

主要功能： 

·存放IP地址到MAC地址的映射表

·映射表动态更新（新增或超时删除）

作用：

①存放最近获得的IP地址到MAC地址的绑定②减少ARP广播的通信量③为了减少ARP通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就会将自己的IP地址到MAC地址的映射写入ARP请求分组④但主机B收到A的ARP请求分组时，将主机A的IP地址及其对应的MAC地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。不必再发送ARP请求

ARP工作流程

使用ARP的四种典型情况

1.发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机，此时使用ARP找到目的主机的硬件地址

2.发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机，此时使用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。其余工作由路由器完成

3.发送方是路由器，要把IP数据报发送到本网络上的一个主机，使用ARP找到目的主机的硬件地址

4.发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络上的一个主机，使用ARP找到本网络上另一个路由器的硬件地址。其余工作由该路由器完成

 ARP工作流程图如下

两台主机不在同一个局域网问题

由于ARP可以实现的是同一个局域网内的IP地址到MAC地址的映射

因此存在问题：两台主机不在一个局域网上怎么办？

如上图所示，如果主机A要想主机B发送数据，则需要知道主机B的MAC地址才能在链路层发送数据报。

通信的路径是：A->经过R1转发->B

从A->路由器R1

因此主机A必须知道路由器R1的IP地址，并通过ARP协议解析出路由器R1的MAC地址，然后将IP数据报传送到路由器R1

从路由器R1->B 

路由器R1在获取来自主机A的IP数据报后，需要知道主机B的MAC地址，才能转发IP数据报。因此路由器R1也需要通过ARP协议解析主机B的MAC地址

ARP查找IP地址对应的MAC地址

本局域网上广播发送ARP请求（路由器不转发ARP请求）

ARP请求分组：包含发送方的MAC地址、发送方IP地址、目标方MAC地址（未知时填0）、目标方IP地址

单播ARP响应分组：包含发送方的MAC地址、发送方IP地址、目标方MAC地址、目标方IP地址

ARP分组封装在以太网帧中传输