arp协议的作用是什么（简述arp协议工作过程）

1.ARP作用

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是将IP地址解析为以太网MAC地址（或称物理地址）的协议。

在网络中，当主机或其它网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时，它必须知道对方的网络层地址（即IP地址）。但是仅仅有IP地址是不够的，因为IP数据报必须封装成帧才能通过物理网络发送，因此发送站还必须有接收站的物理地址，所以需要一个从IP地址到物理地址的映射。ARP就是实现这个功能的协议。

2 ARP报文结构

ARP报文分为ARP请求和ARP应答报文，报文格式如图1-1所示。

图1-1 ARP报文结构

· 硬件类型：表示硬件地址的类型。它的值为1表示以太网地址；

· 协议类型：表示要映射的协议地址类型。它的值为0x0800即表示IP地址；

·硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4；

· 操作类型（OP）：1表示ARP请求，2表示ARP应答；

· 发送端MAC地址：发送方设备的硬件地址；

· 发送端IP地址：发送方设备的IP地址；

·目标MAC地址：接收方设备的硬件地址；

·目标IP地址：接收方设备的IP地址。

3 ARP地址解析过程

假设主机A和B在同一个网段，主机A要向主机B发送信息。如图1-2所示，具体的地址解析过程如下：

(1) 主机A首先查看自己的ARP表，确定其中是否包含有主机B对应的ARP表项。如果找到了对应的MAC地址，则主机A直接利用ARP表中的MAC地址，对IP数据报进行帧封装，并将IP数据报发送给主机B。

(2) 如果主机A在ARP表中找不到对应的MAC地址，则将缓存该IP数据报，然后以广播方式发送一个ARP请求报文。ARP请求报文中的发送端IP地址和发送端MAC地址为主机A的IP地址和MAC地址，目标IP地址和目标MAC地址为主机B的IP地址和全0的MAC地址。由于ARP请求报文以广播方式发送，该网段上的所有主机都可以接收到该请求，但只有被请求的主机（即主机B）会对该请求进行处理。

(3) 主机B比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目标IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的发送端（即主机A）的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP响应报文给主机A，其中包含了自己的MAC地址。

(4) 主机A收到ARP响应报文后，将主机B的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将IP数据报进行封装后发送出去。

图1-2 ARP地址解析过程

当主机A和主机B不在同一网段时，主机A就会先向网关发出ARP请求，ARP请求报文中的目标IP地址为网关的IP地址。当主机A从收到的响应报文中获得网关的MAC地址后，将报文封装并发给网关。如果网关没有主机B的ARP表项，网关会广播ARP请求，目标IP地址为主机B的IP地址，当网关从收到的响应报文中获得主机B的MAC地址后，就可以将报文发给主机B；如果网关已经有主机B的ARP表项，网关直接把报文发给主机B。

4 ARP表

设备通过ARP解析到目的MAC地址后，将会在自己的ARP表中增加IP地址和MAC地址映射关系的表项，以用于后续到同一目的地报文的转发。

ARP表项分为动态ARP表项、静态ARP表项和OpenFlow ARP表项。

1. 动态ARP表项

动态ARP表项由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护，可以被老化，可以被新的ARP报文更新，可以被静态ARP表项覆盖。当到达老化时间、接口状态down时，系统会删除相应的动态ARP表项。

2. 静态ARP表项

静态ARP表项通过手工配置和维护，不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。

配置静态ARP表项可以增加通信的安全性。静态ARP表项可以限制和指定IP地址的设备通信时只使用指定的MAC地址，此时攻击报文无法修改此表项的IP地址和MAC地址的映射关系，从而保护了本设备和指定设备间的正常通信。

静态ARP表项分为短静态ARP表项、长静态ARP表项和多端口ARP表项。

在配置长静态ARP表项时，除了配置IP地址和MAC地址项外，还必须配置该ARP表项所在VLAN和出接口。长静态ARP表项可以直接用于报文转发。

· 在配置短静态ARP表项时，只需要配置IP地址和MAC地址项。如果出接口是三层以太网接口，短静态ARP表项可以直接用于报文转发；如果出接口是VLAN虚接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发，需要对表项进行解析：当要发送IP数据报时，设备先发送ARP请求报文，如果收到的响应报文中的发送端IP地址和发送端MAC地址与所配置的IP地址和MAC地址相同，则将接收ARP响应报文的接口加入该静态ARP表项中，此时，该短静态ARP表项由未解析状态变为解析状态，之后就可以用于报文转发。

·配置多端口ARP表项时，除了配置IP地址和MAC地址外，还必须配置该ARP表项所在的VLAN，当多端口ARP表项中的MAC地址和VLAN信息与多端口单播MAC/组播MAC地址表项中的MAC地址和VLAN相同时，该多端口ARP表项可用来指导IP转发。多端口ARP表项通过手工配置和维护，不会被老化，不会被动态ARP表项覆盖。组播MAC的相关介绍，请参见“IP组播”的“组播路由与转发”。

一般情况下，ARP动态执行并自动寻求IP地址到以太网MAC地址的解析，无需管理员的介入。当希望设备和指定用户只能使用某个固定的IP地址和MAC地址通信时，可以配置短静态ARP表项，当进一步希望限定这个用户只在某VLAN内的某个特定接口上连接时就可以配置长静态ARP表项。

3. OpenFlow ARP表项

OpenFlow ARP表项由OpenFlow添加，不会被老化，不能通过ARP报文更新，可以被静态ARP表项覆盖。可以直接用于转发报文。关于OpenFlow的介绍，请参见“OpenFlow”中的“OpenFlow”。