什么是地址解析协议(ARP)
无论网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用硬件地址（即MAC地址）。所以需要一种方法来完成IP地址到MAC地址的映射，这就是地址解析协议（ARP)。每台主机都设有一个ARP高速缓存，用来存放本局域网上各主机和路由器的IP地址到MAC地址的映射表，称为ARP表，使用ARP来动态维护此ARP表。
需要说明的是每台主机和每个路由器的接口都有一个MAC地址，交换机的接口无MAC地址，ARP工作在网络层
地址解析协议(ARP)的工作流程
源主机首先检查ARP高速缓存，有对应的表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一个局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后向源主机单播一个ARP响应分组(只有源主机能收到），源主机收到后将此映射写入ARP缓存(10-20min更新一次)。
局域网内的主机通信过程
下面以下图为例说明局域网内ARP的工作过程，假设现在1号主机要给3号主机发送数据
第一步：1号主机先根据3号主机的IP地址去ARP表中查３号主机的MAC地址，若存在，则写入MAC帧，把数据发给３号主机，如没有则转第二步；
第二步：用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组这个ARP请求分组的内容包括1号（源主机）IP地址，3号（目的主机）IP地址,局域网内的每台主机和默认网关都能收到该分组，而只有3号主机做出响应，3号主机向1号主机（也就是源主机）单播一个ARP的响应分组这个响应分组的内容包括3号主机的IP地址和3号主机的MAC地址
第三步：1号主机在收到ARP响应分组后将此映射写入ARP缓存,然后再将3号主机的MAC地址写入MAC帧，这样1号主机就能向3号主机发送数据了
不同网络的两台主机通信过程
以下图为例，假设现在1号主机要给5号主机发送数据
第一步：1号主机先根据5号主机的IP地址去ARP表中查5号主机的MAC地址，发现不存在（肯定不存在，因为都不在同一个网段内）转第二步；
第二步: 1号主机将6号主机的IP地址与子网掩码相与一下，发现1号主机和6号主机不在同一个网段，这时，1号主机用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组这个ARP请求分组的内容包括1号（源主机）IP地址，和它的默认网关（路由器接口）的IP地址局域网内的每台主机和默认网关都能收到该分组，而只有默认网关做出响应，默认网关向1号主机（也就是源主机）单播一个ARP的响应分组这个响应分组的内容包括默认网关的IP地址和MAC地址
第三步：1号主机在收到ARP响应分组后将此映射写入ARP缓存,然后再将默认网关的MAC地址写入MAC帧，这样1号主机就能向默认网关发送数据了；
第四步：默认网关在收到数据帧之后解封装，然后再转发出去，这时再用一次ARP协议找到下一跳路由的MAC地址(MAC8)，注意路由器之间转发数据的时候的时候源MAC地址变成了图中的MAC7,目的MAC地址变成了图中的MAC8，这样左边的路由器就可以向右边的路由器发送数据了。类似路由器将数据发给5号主机的过程也是一样
ARP的4种典型情况总结如下：
1）发送方是主机时，要把IP数据报发送到本网络上的另一台主机。这时用ARP找到目的主机的硬件地址。
2）发送方是主机时，要把IP数据报（分组）发送到另一个网络上的一台主机。这时候用ARP找到本网络的一个路由器（默认网关）的硬件地址，剩下的工作由这个路由器来完成。
3）发送方是路由器时，要把IP数据报发送到本网络上的一台主机。这时候要用ARP找到目的主机的硬件地址。
4）发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络的一台主机上。这时用ARP找到本网络上的一个路由器（下一跳）的硬件地址，剩下的工作由找到的这个路由器来完成。
写在最后
几点需要注意的地方
1.ARP协议只能用在同一个局域网内
2.跨网段通信的时候MAC地址是不断变化的，而IP地址是保持不变的（不考虑NAT的情况）
补充一道ARP协议练习题
主机发送IP数据报给主机B，经过了5个路由，请问此过程总共用了几次ARP协议？
答：6次
