ARP报文格式及字段含义解析

1.基本功能

在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC 地址。而在TCP/IP 协议簇中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP 时，数据链路层的以太网协议接到上层IP 提供的数据中，只包含目的主机的IP 地址。于是需要一种方法，根据目的主机的IP 地址，获得其MAC 地址，这就是ARP（地址解析协议）要做的事情。所谓地址解析（address resolution），就是主机在发送帧前将目标IP 地址转换成目标MAC 地址的过程。

另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，即便知道目的主机的MAC 地址，两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP 获得的将不是目的主机的真实MAC 地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的某个端口的MAC 地址。于是此后发送主机发往目的主机的所有帧，都将发往该路由器，通过它向外发送。这种情况称为ARP 代理。

2.工作原理

在每台安装有TCP/IP 的计算机中都有一个ARP 缓存表，表中的IP 地址与MAC 地址是一一对应的。

以主机A（192.168.1.5）向主机B（192.168.1.1）发送数据为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP 缓存表中寻找是否有目标IP 地址。如果找到了，也就知道了目标MAC 地址，直接把目标MAC 地址写入帧中发送即可；如果在ARP 缓存表中没有找到目标IP 地址，主机A 就会在网络上发送一个广播，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“我是192.168.1.5，我的硬件地址是主机A 的MAC 地址，请问IP 地址为192.168.1.1 的MAC 地址是什么？”，网络上其他主机并不响应ARP 请求，只有主机B 接收到这个帧时，才向主机A 做出响应：“192.168.1.1 的MAC 地址是00-aa-00-62-c6-09 ”。

这样，主机A 就知道了主机B 的MAC 地址，它就可以向主机B 发送信息了。A 和B 还同时都更新了自己的ARP 缓存表（因为A 在询问时把自己的IP 地址和MAC 地址一起告诉了B），下次A 再向主机B 或者B 向A 发送信息时，直接从各自的ARP 缓存表中查找就可以了。ARP 缓存表采用了老化机制（即设置了生存时间TTL），在一段时间内（一般15～20 min）如果表中的某一行没有被使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP 缓存表的长度，加快查询速度。

3.ARP 格式

ARP 通常应用于局域网，以太网中的ARP 报文格式，如图3.12所示。

图3.12　以太网中的ARP 报文格式(www.xing528.com)

ARP 报文中各个字段的含义如下：

（1）硬件类型：标明ARP 实现在何种类型的网络上。

（2）协议类型：表示解析协议（上层协议），一般是0800，即IP。

（3）硬件地址长度：MAC 地址长度，此处是6 字节，即48 位。

（4）协议地址长度：IP 地址长度，此处为8 位。

（5）操作类型：表示ARP 数据包类型。0 表示ARP 请求数据包，1 表示ARP 应答数据包。

（6）发送者硬件地址：发送端MAC 地址。

（7）发送者IP 地址：发送端IP 地址。

（8）目标硬件地址：目的端MAC 地址（等待接收端填充）。

（9）目标IP 地址：目的端IP 地址。