地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP

1.基本关系:

2.地址解析协议ARP的实现过程；

无论网络层使用什么协议，当在实际网络的链路上传输数据帧时，最终都必须使用硬件地址。

每台主机都有一个ARP缓存，其中包含局域网中每台主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

当主机A想要向局域网中的主机B发送一个IP数据报时，首先要检查其ARP缓存中是否有主机B的IP地址。如果是，可以找出它对应的硬件地址，然后把这个硬件地址写入MAC帧，再通过局域网把这个MAC帧发送到这个硬件地址。

3.3的作用。ARP缓存

为了减少网络上的流量，主机A在发送其ARP请求包时，会将其IP地址到硬件地址的映射写入到ARP请求包中。

当主机B收到主机A的ARP请求包时，会将主机A的这个地址映射写入主机B自己的ARP缓存中。主机B以后向A发送数据报更方便。

5.5注意到的问题。ARP协议:

ARP是为了解决同一局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址之间的映射问题。

如果你要找的主机和源主机不在同一个局域网上，你应该通过ARP找到位于局域网上的一台路由器的硬件地址，然后将数据包发送到这台路由器，这样路由器就可以将数据包转发到下一个网络。剩下的将由下一个网络完成。

IP地址到硬件地址的解析是自动的，主机的用户不知道这个地址解析过程。

只要主机或路由器想要与该网络上具有已知IP地址的另一台主机或路由器通信，ARP协议就会自动将该IP地址解析为链路层所需的硬件地址。

6.使用ARP的四个典型案例

(1)发送方是主机，需要将IP数据报发送到该网络上的另一台主机。然后用ARP找到目的主机的硬件地址。

(2)发送方是主机，需要将IP数据报发送到另一个网络上的主机。然后使用ARP查找该网络中路由器的硬件地址。其余的工作由这台路由器完成。

(3)发送方是路由器，它会将IP数据报转发到该网络上的主机。然后用ARP找到目的主机的硬件地址。

(4)发送方是将IP数据报转发到另一网络上的主机的路由器。然后使用ARP查找该网络中路由器的硬件地址。其余的工作由这台路由器完成。

7.ARP数据报消息格式

网络上的每台主机或设备都有一个或多个IP地址。IP地址是网络层的地址，数据在这里被组装成IP数据包。但是，发送IP包需要物理设备(通常是以太网设备，我们在本课程设计中将其指定为以太网设备)的支持，即发送方在发送IP包之前必须知道目的物理地址，因此需要一种将IP地址映射到物理地址的机制。ARP协议用来完成这个任务。给定目的主机或设备的IP地址，ARP协议可以获得同一物理网络中目的主机或设备的物理地址。ARP协议的数据包格式如图1所示:

图1数据报的消息格式

下面描述数据包的每个部分。

硬件类型:指定硬件接口类型。例如，值1表示以太网。

协议类型:指定发送方支持的上层协议的类型。

物理地址长度:指定物理(硬件)地址的长度。

协议长度:网络层协议的地址长度。对于IP协议，其值为4。

操作:指定ARP的操作类型，例如1表示ARP请求，2表示ARP回复。

源地址:指发送方的IP地址。

目标物理地址:指定目标物理地址。

目标IP地址:指定目标IP地址。

ARP数据包必须封装在数据链路层，然后才能发送出去进行封装。

8.ARP协议工作流程

(1)首先，每台主机将在其ARP缓存中设置一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。

(2)当源主机需要向目的主机发送数据包时，首先会检查其ARP列表中是否有与该IP地址对应的MAC地址，如果有，则直接将数据包发送到该MAC地址；如果不是，则向本地网段发送一个ARP请求的广播包，查询该目的主机对应的MAC地址。ARP请求包包括源主机的IP地址、硬件地址和目的主机的IP地址。

(3)网络中的所有主机收到这个ARP请求后，都会检查数据包中的目的IP是否与自己的IP地址一致。如果没有，忽略这个包；如果二者相同，主机先将发送方的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP表中，如果该IP的信息已经存在于ARP表中，则将其覆盖，然后向源主机发送一个ARP响应包，告诉对方这是需要查找的MAC地址；

(4)源主机收到ARP响应包后，将目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并使用该信息开始数据传输。如果源主机没有收到ARP响应包，说明ARP查询失败。

9.反向地址解析协议RARP:

反向地址解析协议RARP使只知道自己硬件地址的主机知道自己的IP地址。

该主机通常是无盘工作站。因此，目前很少使用RARP协议。

10.RARP工作原理:

(1)网络上的每台设备都有一个唯一的硬件地址，通常是设备制造商分配的媒体访问控制地址。PC1从网卡读取MAC地址，然后在网络上发送RARP请求的广播数据包，请求RARP服务器回复PC的IP地址。

(2)RARP服务器接收RARP请求包，分配其IP地址，并向PC1发送RARP响应。

(3)PC1收到RARP响应后，使用获得的IP地址进行通信。

而ARP RARP请求是广播的，响应是单播的。