大家好，我是IT售前工程师Bernie。
我们知道，在网络通信中主机和主机通信的数据包需要依据 OSI 模型从上到下进行数据封装，当数据封装完整后，再向外发出。所以在局域网的通信中，不仅需要源目IP地址的封装，也需要源目 MAC 的封装。
如果一台主机在数据帧封装前不知道某个目的ip机器的mac地址怎么办呢？ 这时候就需要通过 ARP 协议来获知目的主机的MAC 地址，完成数据封装。
什么是ARP
ARP 协议的全称是 Address Resolution Protocol，地址解析协议。说直白一点：ARP协议可以用来根据ip地址寻找mac地址的协议。
ARP协议的工作原理
举个简单的例子，在同一个局域网内有4台主机通过交换机连接。那么，当pc1想要拿到ip=192.168.1.4对应的mac地址时。它将进行如下的操作
第1步
它会查询自己的ARP协议表，看看有没有这个IP绑定的mac地址。我们可以通过cmd下输入arp -a指令查询ip与mac地址的对应关系表。如果能查询到，则拿到这个mac地址进行以太网协议的封装即可。
如果拿不到，就要通过arp广播的形式去询问同一个网段下的所有主机。
第2步
pc1这台机器开始发送ARP广播，广播信息里面封装了ip地址和mac地址。这里ip地址为pc4的地址192.168.1.4，mac地址由于不知道，所以每一位都是0。
由于发送的是ARP广播协议，同一个vlan下的主机全都能接收到这条消息。
第3步
每台主机收到了这条广播消息后，迅速查询下自己的ip地址和mac地址。如果发现数据包中ip地址是自己的ip，那么就第一时间更新自己的ARP表，将PC1的ip\mac地址做更新。然后，将自己的mac地址利用单播的形式返回给pc1。
第4步
pc1收到响应回来的mac地址，立即更新到自己的ARP表中。同时，将IP数据包用这个mac地址为目的mac地址封装成帧与pc4通信。
不同网段之间的ARP协议
换一个思路，如果pc1和pc4不在同一个网段，如何才能拿到pc4的mac地址呢？
比如下图，pc1和pc2\pc3在同一个网段，但是和pc4\pc5不在同一个网段。
很明显，pc1和pc4是不能直接使用ARP协议的，那么这就要使用ARP代理路由了。代理路由可以将pc1的广播转送给pc4/pc5，然后在响应时pc4也要借助于ARP代理路由将mac地址传给pc1。
ARP数据包
为了让大家更好的理解 ARP 协议以及广播和单播的概念，我们来看一下用 抓包工具抓到到的真实网络中的 ARP 过程，通过数据包的方式来呈现，地址信息如下，部分 MAC 信息隐去。
请求包
响应包
解读
Hardware type ：硬件类型，标识链路层协议
Protocol type： 协议类型，标识网络层协议
Hardware size ：硬件地址大小，标识MAC地址长度，这里是6个字节（48bti）
Protocol size： 协议地址大小，标识IP地址长度，这里是4个字节（32bit）
Opcode： 操作代码，标识ARP数据包类型，1表示请求，2表示回应
Sender MAC address ：发送者MAC
Sender IP address ：发送者IP
Target MAC address ：目标MAC，此处全0表示在请求
Target IP address： 目标IP
总结
OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层，MAC地址在第二层。在通过以太网发送IP数据包时，需要先封装第三层（32位IP地址）、第二层（48位MAC地址）的报头。ARP 协议在TCP/IP模型中属于IP层（网络层），在OSI模型中属于链路层。
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