深入剖析ARP的工作原理

摘要：当前的网络通信是以TCP/IP模型为基础的，通信离不开的就是封装，而封装就是按照模型的体系结构来进行封装，TCP/IP它是一个协议族，里面包含了很多协议，其中一个协议就是ARP。

关键词：TCP/IP LAN ICMP ARP

ARP全称就是address resolution protocol，中文意思就是地址解析协议，它工作在TCP/IP模型中的二层即所谓的数据链路层，作用就在于将三层的IP地址转换成二层的MAC地址，在局域网的通信中，它是必不可少的，如果没有它，局域网内部的通信就无法实现。下面就以一个实例来阐述ARP是如何工作的！

在以太网的局域网的内部有两台主机PCA和PCB，直接通过交叉线相连，交叉线经测试，没有问题，接着在两台PC上配置上IP地址，并且两IP地址在同一个网段，比如都是192.168.10.0/24网段，PCA就是192.168.10.1,PCB就是192.168.10.2，此时就需要在两台PC上做通信测试，当然我们在做通信测试的时候常用的工具就是ping,ping只是一个测试工具，它要工作的话肯定也是需要根据TCP/IP模型的体系结构来进行封装，它是封装在TCP/IP模型中的网络层中的ICMP协议内部，现在PCA要访问PCB，直接在PCA的电脑上点击“开始----运行---CMD”，在弹出的DOS对话框中输入 ping 192.168.10.2 ,如果弹出以下提示，就表示两台PC通信成功

Request time out

Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=17ms TTL=54

Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=18ms TTL=54

Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=18ms TTL=54

从这里可以看出，一共发出去了四个包，第一个包是超时，就是说没有成功，后续的三个包就表示通信已成功，当然这个非常简单，关键我们就来看包的封装，具体的通信过程是如何执行的

首先PCA要发PING包给PCB，PCA需要在本端进行封装，PING封装在ICMP里面，封装之后，接着封装protocol字段，此字段的意义就在于告诉IP层上层用的是什么协议，就是这里的ICMP，然后再封装目标IP即所谓的192.168.10.2，再封装源IP即所谓的192.168.10.1,接着就是二层数据链路层的封装，先封装TYPE字段(TYPE字段的意义和protocol字段的意义一样，告诉二层它层面之上的三层用的是什么协议，当然这里的三层协议就是IP协议，然后再继续封装 源MAC地址，就是PCA本身的MAC地址(假设就是MA)，接着就是目标MAC地址，封装过程见下

此时，在封装目标MAC的时候就不知道该封装什么内容了，那如果不执行封装，这个包肯定也就过不去，接下来就会触发今天我们的重点要讨论的协议，就是ARP，一旦ARP被触发，就会产生ARP请求报文，ARP就直接在二层进行封装，先封装type字段，接着封装源MAC即所谓的MA，接着目标MAC地址区域就是 全F，也就是所谓的二层整网广播，而ARP内部也是一样，有源IP，源MAC，目标IP，目标MAC由于未知，所以就置为全0，它所表达的意思就是，请问192.168.10.2的MAC地址是多少？接下来就到了物理层转换为比特流通过网线传递给了PCB，当PCB收到之后，就开始进行解封装！首先检查目标MAC，由于是全F，广播，大家都能接收，然后看源MAC，接下来就是查看ARP内容，由于我的IP就是192.168.10.2，此ARP的内容正是针对我的询问，那我就要对此做答复，把我的MAC地址回应给PCA，接着在PCB端又要针对于ARP的请求报文回应一个应答报文，在发出去之前同样需要进行封装，封装的这个就是 ARP的应答报文！首先完善ARP内部的字段内容，源IP就是192.168.10.2，源MAC就是MB(假设PCB的MAC地址就是MB)，目标IP就是192.168.10.1，目标MAC就是MA（因为之前PCA发了一个包过来，当我PCB收到之后，我都会把一些相关的重要信息给存储起来，比如对端的MAC和对端的IP），封装完之后就进入物理层转换为比特流，通过网线传递给了PCA，此时作为PCA就知道PCB的MAC地址了，所以后续的PING包都能成功，而第一个PING只所以丢失，是ARP报文导致的！因为任何的通信只有知道对端的MAC地址，才能够真正和对端进行通信，且这个MAC地址是全球唯一的！

综上所述，虽说ARP协议是TCP/IP协议簇中的小型协议，但它也是一个非常重要的协议，没有它，局域网之间的通信也就无法完成！