ARP（地址解析协议）

简介

计算机通信方式通过广播的方式。所有上层的数据包到最后都要封装到以太网头，然后通过以太网协议发送。在谈及以太网协议的时候，我们已经了解到，通信基于 MAC 地址的广播方式实现的，计算机在发送数据包时，获取自身的 MAC 地址是 容 易 的 ， 获 取 目 标 主 机 的 MAC 地 址 ， 需 要 通 过 ARP（ Address Resolution Protocol，地址解析协议）来实现。

协议原理

ARP 用于实现从 IP 地址到MAC地址的映射，即询问目标IP 地址对应的MAC地址，以广播的方式发送数据包，获取目标主机的MAC地址。我们通过一个案例来说明其具体通信原理，假设主机 IP 地址都已知。

  • 主机A的 IP 地址为 10.1.20.64，MAC地址为 00：08：ca：xx：xx：xx；
  • 主机B的 IP 地址为 10.1.20.109 ，MAC地址为 44：6d：57：xx：xx：xx。

当 主 机 A 要 与 主 机 B 通 信 时 ， ARP 可 以 将 主 机 B 的 IP 地 址（10.1.20.109）解析成主机B的MAC地址，以下为工作流程。

第一步：通过 IP 地址和子网掩码计算出自己所处的子网，得出如下表所示的结果。

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第二步：分析主机A和B是否处于同一网络，如果不是同一网络，那么下表中目标 IP 地址为10.1.20.109（访问路由器的路由表），通过 ARP 获取的是网关的 MAC 地址。

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第三步：根据主机A上的路由表内容，确定用于访问主机B的转发 IP 地址是 10.1.20.109。然后主机A在自己的本地 ARP 缓存中检查主机B的匹配 MAC 地址。

第四步：如果主机A在 ARP 缓存中没有找到映射，它将询问 10.1.20.64 的硬件地址，从而将 ARP 请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的 IP 地址和 MAC 地址都包括在 ARP 请求中。本地网络上的每台主机都接收到 ARP 请求并且检查是否与自己的 IP 地址匹配。如果主机发现请求的 IP 地址与自己的 IP 地址不匹配，它将丢弃 ARP 请求。

第五步：主机B确定 ARP 请求中的 IP 地址与自己的 IP 地址匹配，将主机A的 IP 地址和 MAC 地址映射添加到本地 ARP 缓存中。

第六步：主机 B 将包含其 MAC 地址的 ARP 回复消息直接发送回主机 A。

第七步：当主机 A 接收到从主机 B 发来的 ARP 回复消息时，会用主机 B 的 IP 地址和 MAC 地址映射更新 ARP 缓存。本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机 B 的 MAC 地址一旦确定，主机 A 就能向主机 B 发送 IP 地址了。

​ ——— 摘自《Netty 4 核心原理与手写 RPC 框架实战》