ARP协议工作原理

ARP协议工作原理

• ARP协议能实现任意网络层地址到任意物理地址的转换。（只讨论IP到以太网地址(MAC)的转换）

• 工作原理：主机向自己所在的网络广播一个ARP请求，该请求包含目标机器的网络地址，此网络上的所有机器都将收到这个请求，但只有目标机器会回应一个ARP应答，其中包含自己的物理地址。

• 以太网ARP报文格式（28字节）

  • 硬件类型字段定义物理地址的类型，它的值为1表示MAC地址。
  • 协议类型字段表示要映射的协议地址类型，它的值为0x800表示IP地址。
  • 硬件地址长度字段和协议地址长度字段，顾名思义，其单位是字节。对MAC地址来说，其长度为6；对IP(v4)地址来说，其长度为4。
  • 操作字段指出4种操作类型：ARP请求(值为1)、ARP应答(值为2)；RARP请求(值为3)和RARP应答(值为4)。
  • 最后4个字段指定通信双方的以太网地址和IP地址。发送端填充除目的端以太网地址外的其他3个字段，以构建ARP请求并发送之。接收端发现该请求的目的端IP地址是自己，就把自己的以太网地址填进去，然后交换两个目的端地址和两个发送端地址，以构建ARP应答并返回之(当然，如前所述，操作字段需要设置为2)。
  • ARP请求/应答报文的长度为28字节。如果再加上以太网帧头部和尾部的18字节，则一个携带ARP请求/应答报文的以太网帧长度为46字节。不过有的实现要求以太网帧数据部分长度至少为46字节（看上面46~1500），此时ARP请求/应答报文会增加一些填充字节来满足这个要求。在这种情况下一个携带ARP请求/应答报文的以太网帧长度为64字节。

  • tcpdump观察ARP通信过程

    • 1. 使用arp -a查看ARP高速缓存（ARP高速缓存缓存了经常访问或最近访问的IP到MAC的映射），如果目标已有缓存，使用arp -d ip清理掉，否则看不到ARP请求。（arp -s ip mac可添加缓存）
    • 2. 开一终端，输入下面指令，抓109到108、108到109的包（统一用他的ip、mac、网口，自己测过知道怎么回事就行）

    • 3. 再开一终端，输入telnet 192.168.1.109 echo。ARP通信再TCP连接建立之前就完成，因此可以观察 2 的终端中抓到的arp数据包（本质上是以太网帧）

      • 对第一个数据包

        • 其中，第一个mac是源端物理地址；第二个目的端物理地址ff:ff:ff:ff:ff:ff是以太网的广播地址，表示整个LAN（该LAN上所有机器都会收到）
        • 0x0806是以太网帧头部的类型字段的值，表示分用的目标是ARP模块。
        • 该以太网帧长度为42字节（其实是46字节，tcpdump未统计以太网帧尾部4字节的CRC字段），数据部分长度为28字节。
        • Request 表示这是一个ARP请求。

      • 对第二个数据包

        • 第一个mac是源端（也就是Request的目标的mac），第二个是目的端（也就是Request的源端）
        • 以太网帧长60字节（60+4字节），数据部分长46字节。
        • Reply表示这是一个ARP应答，告诉你你要查的IP的物理地址是xxx

      • 则有：以太网帧内容如下。其中ARP的请求和应答是从以太网驱动程序发出的，用虚线画到ARP头上是为了体现它携带ARP数据，与其他以太网帧的不同。

        • 路由器必然也接受到以太网帧1，因为该帧的目的段是广播地址。不过路由器没回应其中的ARP请求。