1、ARP报文格式

    ARP协议工作在数据链路层，网络中传输的ARP包示意如下（由于字段较多，这里对连续字段进行换行处理）：

ARP包：

Hardware Type：硬件类型，指物理网络的类型，如以太网（值为1）

Protocol Type：协议类型，指网络协议类型，如IP协议（值为0x0806）

Hardware Length：硬件地址长度，指MAC地址长度，通常为6字节

Protocol Length：协议地址长度，指I票地址长度，通常为4字节

Operation Code：操作类型，指明ARP操作类型，ARP请求为1；ARP响应为2；RARP请求为3，RARP响应为4

Source Hardware Address：发送方硬件地址

Source Protocol Address：发送方IP地址

Destination Hardware Address：接收方硬件地址

Destination Protocol Address：接收方IP地址

2、ARP运行过程

    一台设备通过网络向另一台设备发送数据时，进行IP报文和帧封装时必须要填入目标设备的IP地址和MAC地址，而从上层交付的信息中只告知了目标IP地址，MAC地址则需要设备通过ARP协议自行获取。

    当源主机需要向目的主机发送数据时，源主机会先查看自己的ARP缓存表中是否有目标IP地址和MAC地址，若有则直接使用，若没有则通过ARP协议到网络中询问。询问过程是源主机向网络中广播一个ARP请求报文（即Operation Code=1），该报文包含了源IP、源MAC和目的IP。所有接受到该广播的设备均用自己的IP与目的IP进行比对，若不一致则不响应该请求，若一致则向源主机发送一个ARP响应报文（即Operation Code=2），其中就包含了目的主机的MAC地址。这样源主机和目的主机都知道了对方的IP及对应的MAC地址，并更新其ARP缓存表待以后使用。若ARP缓存表中的条目长时间不使用，主机会将该条目删除下次需要时再通过ARP询问，条目的默认缓存时间通常是1200S。需要注意的是ARP请求报文是广播包，也就是说该报文不能穿越路由器，不能转发到其他广播域，只能被主机所在网段内的其他主机收到。

3、ARP代理

    若主机配置了网关（一般是路由器），则发往另一个网段的数据会直接发往网关而不需要通过ARP协议获取MAC地址。若主机没有配置网关，则发往另一个网段的数据会被直接丢弃，ARP协议根本不会起作用。只有当源主机认为目标与自己处于同网段，但实际上目标主机处于另一网段，且他们之间通过一个路由器连接在一起（后面会详细说明这种情况）。因为源主机认为目标与自己处于同网段，所以源主机依旧向网段内广播ARP请求报文，启用了ARP代理的路由器也会收到该报文，路由器先查看目标主机的IP是否在自己的路由表中，若不存在则丢弃该报文，若存在则路由器会向源主机返回一个ARP应答报文，应答报文中目标IP对应的MAC地址是路由器自己的MAC地址。源主机记录该MAC地址后，需要发往目标主机的数据均会发往路由器再由路由器转发。

4、免费ARP

    免费ARP报文中的目的IP就是源主机本身，该报文依旧通过广播的形式发到广播域，其目的在于检测广播域内是否有主机与源主机IP冲突，另外还可以更新广播域内其他主机的ARP缓存表。

【ARP代理奇怪的作用范围】前面讲到ARP代理的产生条件非常有限，首先源主机要认为自己与目的主机位于同网段，但实际又不在同网段，这是怎么回事呢。

    实际上是可能的，这是由于掩码不同导致的问题。前几章中我们讲到过VLSM（可变长子网掩码）技术，也就是说一个IP可以使用不同的掩码来划分网段。那就会产生一种情况，如A:192.168.0.1/255.255.0.0和B:192.168.1.1/255.255.255.0这两个IP，因为掩码的问题导致A认为B与自己是同一网段，但B却认为A与自己不在同一网段，这种情况下的通讯就需要依靠ARP代理了。

【ARP到底工作于那一层】在学习时我们发现OSI模型中将ARP划分到数据链路层，而在TCP/IP模型中又将ARP划分到了网络层，那ARP到底是那一层呢。

    首先OSI模型是一个理论模型，而TCP/IP模型是网络实现后才进行划分的。OSI分为7层，最低层包括物理层、数据链路层、网络层等等。TCP/IP分为4层，包括网络接入层、网际互连层、传输层、应用层。这里误会的产生就在TCP/IP模型中将最低层叫做网络层，实际上它对应的是OSI中的物理层和数据链路层，所以把名字改成接入层大家就不争论了吧。实际上ARP在网络中传输时也并不包含IP头。

【ARP缓存表】ARP缓存表就是个IP-MAC对照表，设备会定期对其进行更新和清理。

【网关】网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址（路由器的IP）。比如有网络A和网络B，网络A的网段为192.168.1.0/255.255.255.0；网络B的网段为192.168.2.0/255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使两个网络连接在同一台交换机上，TCP/IP协议也会根据子网掩码判定两个主机处于不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不再本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。

ARP协议-路由交换原理5-【HCNA笔记】