[TCP/IP详解：学习笔记]ARP：地址解析协议

ARP：地址解析协议

       当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机时，是根据48 bit的以太网地址来确定目的接口的。设备驱动程序从不检查IP数据报中的目的IP地址。

       地址解析为32 bit的IP地址和数据链路层使用的任何类型的地址提供动态映射。RFC 826是ARP规范描述文档。

 

       用一个例子来解释ARP的运行过程

输入下面形式的命令：

       % ftp bsdi

       会发生如下步骤，这些步骤的序号如图1所示：

 

图1 当用户输入命令”ftp 主机名”时ARP的操作

1. 应用程序FTP客户端调用函数gethostbyname把主机名（bsdi）转换成32 bit的IP地址。该函数在DNS系统中成为解析器；
2. FTP客户端用得到IP地址建立TCP连接；
3. TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述IP地址发送一份IP数据报；
4. 如果目的主机在本地网络上，那么IP数据报可以直接发送到目的主机上；如果目的主机在一个远程网路上，那么就通过IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址；
5. 假定是一个以太网，那么发送端必须把32 bit的IP地址变换成48 bit的以太网地址。从逻辑Internet地址到对应的物理硬件地址需要进程翻译，这就是ARP的功能；
6. ARP发送一份ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机，该过程称为广播。其中，ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，即如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址；
7. 目的主机的ARP层识别出这份广播是发送端在寻问它的硬件地址，于是发送一个ARP应答。（英文原文：The destination host's ARP layer receives this broadcast, recognizes that the sender is asking for its hardware address, and replies with an ARP reply.）ARP应答中包含IP地址及对应的硬件地址。
8. 收到ARP应答后，使ARP进行请求-应答交换的IP数据报现在就可以发送了；
9. 发送IP数据报到目的地址。

在硬件层次上进行的数据交换必须有正确的接口地址（即硬件地址）。内核（如以太网驱动程序）必须知道目的端的硬件地址才能发送数据（这句话也就解释了ARP存在的意义）。每个主机上都有一个ARP高速缓存，用于存放最近Internet地址到硬件地址的映射记录。高速缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，起始时间从被创建时开始算起（生存时间在再次使用后，重新更新为20分钟）。

ARP的分组格式

       ARP请求和应答分组的格式如图2所示。

 

图2 用于以太网的ARP请求或应答分许格式

 

1. 以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。其中，目的地址全为1的特殊地址是广播地址；
2. 以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806；
3. 硬件类型字段表示硬件地址的类型，它的值为1即表示以太网地址；
4. 协议类型字段表示要映射的协议地址类型，它的值为0x0800即表示IP地址。它的值与包含IP数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同；
5. 硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4；
6. 操作字段指出四种操作类型，即ARP请求（值为1）、ARP应答（值为2）、RARP请求（值为3）、RARP应答（值为4）；
7. 接下来的四个字段分别是发送端的硬件地址、发送端的协议地址（IP地址）、目的端的硬件地址和目的端的协议地址。

ARP请求和应答过程

对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址以外的所有其他的字段都有填充值。当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，然后把它发送回去。

如果ARP请求是从一个网络的主机发往另一个网络上的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程称为委托ARP或ARP代理。ARP代理通过两个物理网络之间的路由器可以相互隐藏物理网络。