深入剖析ARP的工作原理

摘要：當前的網絡通信是以TCP/IP模型為基礎的，通信離不開的就是封裝，而封裝就是按照模型的體系結構來進行封裝，TCP/IP它是一個協議族，里面包含了很多協議，其中一個協議就是ARP。

關鍵詞：TCP/IP LAN ICMP ARP

ARP全稱就是address resolution protocol，中文意思就是地址解析協議，它工作在TCP/IP模型中的二層即所謂的數據鏈路層，作用就在于將三層的IP地址轉換成二層的MAC地址，在局域網的通信中，它是必不可少的，如果沒有它，局域網內部的通信就無法實現。下面就以一個實例來闡述ARP是如何工作的！

在以太網的局域網的內部有兩臺主機PCA和PCB，直接通過交叉線相連，交叉線經測試，沒有問題，接著在兩臺PC上配置上IP地址，并且兩IP地址在同一個網段，比如都是192.168.10.0/24網段，PCA就是192.168.10.1，PCB就是192.168.10.2，此時就需要在兩臺PC上做通信測試，當然我們在做通信測試的時候常用的工具就是ping，ping只是一個測試工具，它要工作的話肯定也是需要根據TCP/IP模型的體系結構來進行封裝，它是封裝在TCP/IP模型中的網絡層中的ICMP協議內部，現在PCA要訪問PCB，直接在PCA的電腦上點擊“開始----運行---CMD”，在彈出的DOS對話框中輸入 ping 192.168.10.2 ，如果彈出以下提示，就表示兩臺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

從這里可以看出，一共發出去了四個包，第一個包是超時，就是說沒有成功，后續的三個包就表示通信已成功，當然這個非常簡單，關鍵我們就來看包的封裝，具體的通信過程是如何執行的

首先PCA要發PING包給PCB，PCA需要在本端進行封裝，PING封裝在ICMP里面，封裝之后，接著封裝protocol字段，此字段的意義就在于告訴IP層上層用的是什么協議，就是這里的ICMP，然后再封裝目標IP即所謂的192.168.10.2，再封裝源IP即所謂的192.168.10.1，接著就是二層數據鏈路層的封裝，先封裝TYPE字段(TYPE字段的意義和protocol字段的意義一樣，告訴二層它層面之上的三層用的是什么協議，當然這里的三層協議就是IP協議，然后再繼續封裝 源MAC地址，就是PCA本身的MAC地址(假設就是MA)，接著就是目標MAC地址，封裝過程見下

此時，在封裝目標MAC的時候就不知道該封裝什么內容了，那如果不執行封裝，這個包肯定也就過不去，接下來就會觸發今天我們的重點要討論的協議，就是ARP，一旦ARP被觸發，就會產生ARP請求報文，ARP就直接在二層進行封裝，先封裝type字段，接著封裝源MAC即所謂的MA，接著目標MAC地址區域就是 全F，也就是所謂的二層整網廣播，而ARP內部也是一樣，有源IP，源MAC，目標IP，目標MAC由于未知，所以就置為全0，它所表達的意思就是，請問192.168.10.2的MAC地址是多少？接下來就到了物理層轉換為比特流通過網線傳遞給了PCB，當PCB收到之后，就開始進行解封裝！首先檢查目標MAC，由于是全F，廣播，大家都能接收，然后看源MAC，接下來就是查看ARP內容，由于我的IP就是192.168.10.2，此ARP的內容正是針對我的詢問，那我就要對此做答復，把我的MAC地址回應給PCA，接著在PCB端又要針對于ARP的請求報文回應一個應答報文，在發出去之前同樣需要進行封裝，封裝的這個就是 ARP的應答報文！首先完善ARP內部的字段內容，源IP就是192.168.10.2，源MAC就是MB(假設PCB的MAC地址就是MB)，目標IP就是192.168.10.1，目標MAC就是MA（因為之前PCA發了一個包過來，當我PCB收到之后，我都會把一些相關的重要信息給存儲起來，比如對端的MAC和對端的IP），封裝完之后就進入物理層轉換為比特流，通過網線傳遞給了PCA，此時作為PCA就知道PCB的MAC地址了，所以后續的PING包都能成功，而第一個PING只所以丟失，是ARP報文導致的！因為任何的通信只有知道對端的MAC地址，才能夠真正和對端進行通信，且這個MAC地址是全球唯一的！

綜上所述，雖說ARP協議是TCP/IP協議簇中的小型協議，但它也是一個非常重要的協議，沒有它，局域網之間的通信也就無法完成！