计算机网络第二章：ARP地址解析协议

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李延 LV6 2021-06-03

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# 作用
在链路层中，我们使用的MAC地址，而在网络层中我们使用的是IP地址。地址解析是发现两个地址之间映关系的过程。

# 直接交付与ARP

当我们需要交付的数据属于同一子网，不需要路由器转发时，我们将这种交付称为直接交付。下面我们将描述一个直接交付的过程，看一下ARP在其中的作用。
- 我们以tcp协议向10.0.0.1 发送一条数据。（假设这个ip与我们在同一子网）
- 应用程序首先与10.0.0.1 建立TCP连接
- 首先，我们必须将32位的ip地址转换为mac地址，这是ARP功能。
- 但此时不知道10.0.0.1的mac地址，APR向所有主机发送一个ARP请求的以太帧，这个被称为链路层广播。ARP请求包含本主机的ip地址，并寻求一下答案：“如果你的ip地址是10.0.0.1，请向我回应你的mac地址”。
- 通过ARP，所有本广播域中的机器都会收到此ARP请求，如果某个系统的ip地址是被询问的ip。它需要响应一个APR应答。这个应答包括Ip地址与mac地址。

# ARP缓冲

ARP会将已经知道的ip与mac地址映射进行缓存，确保ARP的高效运行。通常缓存时间为20分钟。

linux中 可以通过 arp -a 查看缓存数据
![image](//cdn.hiboot.cn/d53c0102fd344e029ecde603e63aa73a.png)

# 报文

ARP报文就是一种以太帧。

![image](//cdn.hiboot.cn/b0c79b61c7d64b74b3edceaa7dd42bf5.png)

- 硬件类型：占两字节，表示ARP报文可以在哪种类型的网络上传输，值为1时表示为以太网地址。
- 上层协议类型：占两字节，表示硬件地址要映射的协议地址类型，映射IP地址时的值为0x0800。
- MAC地址长度：占一字节，标识MAC地址长度，以字节为单位，此处为6。
- IP协议地址长度：占一字节，标识IP得知长度，以字节为单位，此处为4。
操作类型：占2字节，指定本次ARP报文类型。1标识ARP请求报文，2标识ARP应答报文。
- 源MAC地址：占6字节，标识发送设备的硬件地址。
- 源IP地址：占4字节，标识发送方设备的IP地址。
- 目的MAC地址：占6字节，表示接收方设备的硬件地址，在请求报文中该字段值全为0，即00-00-00-00-00-00，表示任意地址，因为现在不知道这个MAC地址。
- 目的IP地址：占4字节，表示接受方的IP地址。
- op（操作类型）：2字节：1 ARP请求；2 ARP 应答；3 RARP请求；4 RARP应答

ARP报文不是直接在网络层上发送的，它还是需要向下传输到数据链路层，所以当ARP报文传输到数据链路层之后，需要再次进行封装。以以太网为例，ARP报文传输到以太网数据链路层后会形成ARP帧。ARP帧如下图所示，他就是在ARP报文前面加了一个以太网帧头。

- 目的MAC地址：占6字节，如果是ARP请求帧，因为它是一个广播帧，所以要填上广播MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），其目标主机是网络上的所有主机。
- 源MAC地址：占6字节，这是发送ARP帧的节点MAC地址。
- 帧类型：占两字节，这里用来标识帧封装的上层协议，因为本帧的数据部分是ARP报文，所以直接用ARP的协议号0x0806表示就可以了。

参考：[https://blog.csdn.net/u011784495/article/details/71716586](https://blog.csdn.net/u011784495/article/details/71716586)

# 地址冲突检查

又能称无偿ARP、无故ARP。它是指主机发送ARP requset报文查询自己的IP地址，一般在ARP功能开启或者端口初始化配置完成时，主机向网络发送免费ARP来查询自己的IP地址确认地址唯一可用。

- 确定网络中是否有其他的主机使用了该IP地址，如果有应答则产生错误消息。
- 免费ARP可以更新ARP表项用，网络中其他主机收到该广播则在缓存中更新条目，收到主机强制更新，如果存在旧条目会将MAC更新为广播包中MAC。

# 示例

这里我们使用wireshark 抓包系统的所有网络消息。

这里我们电脑的网络配置是

1. ip：192.168.1.2
2. 子网掩码：255.255.255.0
3. 路由器：192.168.1.1

首先清除arp缓存

linux：arp -n|awk '/^[1-9]/{system("arp -d "$1)}'

mac ：arp -ad

首先开启抓包，并筛选只查看arp
![image](//cdn.hiboot.cn/41d2cf340bfc4771b909ed4850fe9036.png)

## 示例1
这里我们先通过ping命令 ping 192.168.1.5

![image](//cdn.hiboot.cn/d8c6fecd747445f78a168404957e2e2d.png)

这里我们看到我们的机器一直在发送ARP 询问谁的ip是192.168.1.5 应为目前网络中没有这个ip的ji q机器所以一直没有回答。

## 示例2
我们将ip手动改为192.168.1.3(这个ip已经存在)

当我们设置完成后就看到我们电脑有ARP发送：
![image](//cdn.hiboot.cn/300a4583105b4ad08b97425b52eef3df.png)

同时也收到一个回放信息。回复内容就是192.168.1.3的mac地址是 b6:7b:a8:91:4f:61

这个时候就发生了地址冲突，我们的电脑也没有办法连接网络。

## 示例3
我们将ip手动改为192.168.1.99（这个ip不存在）

![image](//cdn.hiboot.cn/fdcb9c972f9544fc875f9cfed11ac77c.png)

我们看到我们的设备发送ARP询问谁的ip是99
，在没有回复后将自己的ip设置为192.168.1.99

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