HCIA笔记-ARP
ARP协议
协议作用：ARP全程Address Resolution Protocol，中文叫地址解析协议。当终端或网络设备需要发送数据时，只知道对方IP地址，却不知道对方MAC地址的时候，就可以通过ARP去查询目的MAC地址。
我们先来看下ARP的报文格式，也就是ARP报文中的内容，了解了ARP报文格式之后，方便我们理解下面的例子：
我们重点关注下面几个个字段：
Operation Code：操作码，用来表示这个ARP报文是请求报文还是响应报文
Source Hardware Address：源硬件地址，也就是源MAC地址
Source Protocol Address：源协议地址，在当前IP网络中，这个字段中的协议就是IP协议，那么这个字段就代表源IP地址
Destination Hardware Address：目的硬件地址，也就是目的MAC地址
Destination Protocol Address：目的协议地址，也就是目的IP地址
应用场景举例：
如图，主机A想要访问主机C，主机A知道主机C的IP地址10.0.0.3/24。A首先会查看自己本地的MAC地址表，是否存在和10.0.0.3/24相关联的MAC地址。在电脑刚刚开机的时候，默认的ARP表是空的（通过 arp -a来查看本地的ARP缓存表）
我们知道，主机要想发送数据，必须要按照TCP/IP协议模型的层次从上往下进行封装。我们假设主机A发送的是ICMP Echo Request报文。那么我们的封装顺序应该是：
1、ICMP数据---------------[ICMP DATA]
2、网络层封装--------------[IP]|[ICMP DATA] //网络层封装IP报头，IP报头中需要包含源IP地址和目的IP地址，源IP地址为主机A的IP，目的IP为主机C的IP
3、数据链路层封装--------[Ethernet II]|[IP]|[ICMP DATA] //数据链路层封装Ethernet II的帧头，其中包含源MAC地址和目的MAC地址，源MAC地址为主机A的MAC地址，目的MAC地址应该是主机C的MAC地址
在网络层封装时，主机A知道主机C的IP地址，因此可以顺利完成封装。但是在进行数据链路层封装时，由于主机A查看自己的ARP表，并没有主机C的MAC地址缓存，没有主机C的MAC地址，于是无法完成封装。
为了获得主机C的MAC地址，因此需要通过某种方法去“询问”，这种方法，就是发送ARP查询报文。
主机A发送的ARP报文内容：
由于不知道主机C的MAC地址，因此二层的ETH_II帧头中目的MAC地址字段无法填写具体的MAC地址。为了确保主机C能够收到ARP请求报文，目的地址使用了全F的广播MAC地址，只要主机C和主机A在同一个广播域中，主机C就可以收到主机A发送的ARP报文。
这个ARP报文是由主机A发送出来的，因此而成的ETH_II帧头中的源MAC地址字段应该填写主机A的MAC地址。
开篇我们介绍过ARP报文中的重要的四个字段，在这里我们再进一步详解每个字段的含义：
目的IP：10.0.0.3，我们看这个IP地址，是主机C的IP地址，代表我们需要查询主机C的MAC地址；
源IP：10.0.0.1，这个IP地址是主机A的IP地址，代表这个ARP报文是由主机A发送出来的；
目的MAC地址：00-00-00-00-00-00，全为0，是因为我们不知道主机C的MAC地址，因此用全0填充这个字段。请注意，这里的目的MAC是ARP报文中的字段，而数据转发是看ETH_II帧头中的目的MAC地址，两者需要区分清楚。
源MAC：00-01-02-03-04-AA，这个MAC地址就是主机A的MAC地址，放到ARP报文字段中，让主机C看到自己的MAC地址
操作类型：Request，表明这个ARP报文是一个ARP请求报文
主机A发送了这个目的地址为全F的广播帧，交换机收到之后，会从其他所有端口转发出去一份相同的数据帧，这种全端口转发的方式称为泛洪。
经过交换机的转发，主机B和主机C都收到了这个ARP报文，同时，交换机查看了源MAC地址，知道了自己左边的接口连接的是主机A，于是把主机A的MAC地址和左边的端口号进行绑定，生成一个“MAC地址---端口号”这样的条目缓存在自己的MAC地址表中；对于这个相同的ARP报文，主机B和主机C将会是不同的处理方式：
主机B：收到ARP报文之后，会首先查看二层的ETH_II帧头。查看之后发现是一个目的地址全F的广播报文，然后就进行处理，查看帧头中Type字段值为ARP协议，拆掉二层的帧头，然后交给上层协议ARP模块进行继续处理。
ARP模块处理报文，发现目的IP是10.0.0.3，而B的IP地址是10.0.0.2，于是B知道，这个ARP报文并不是找自己的，于是丢弃这个ARP报文，B的处理过程到此结束；
主机C：收到ARP报文之后，会首先查看二层的ETH_II帧头。查看之后发现是一个目的地址全F的广播报文，然后就进行处理，查看帧头中Type字段值为ARP协议，拆掉二层的帧头，然后交给上层协议ARP模块进行继续处理。
ARP模块处理报文，发现目的IP是10.0.0.3，而C的IP地址就是10.0.0.3，于是C知道，这个ARP报文是A来请求自己的MAC地址的，于是C对A进行回复。
C对A进行回复，回复时，由于C已经从A发过来的ARP报文中，知道了A的MAC地址了，因此C发送ARP报文时，ETH_II帧头中目的MAC地址字段可以明确的填写A的MAC地址，发送单播的数据帧进行回应。
交换机收到主机C发送的单播数据帧时，查看其目的MAC地址，发现是A的MAC地址，于是交换机知道了这个数据帧需要发送给A。通过查看自己的缓存的MAC地址表，交换机查到了关于主机A的MAC地址，是和左边的端口关联的，于是交换机就将主机C发送给主机A的数据帧，从自己的左边端口转发出去。
主机C发送给主机A的ARP报文内容如下：
主机C知道了主机A的MAC地址，因此ETH_II封装时，目的MAC地址字段就填写主机A的MAC地址，源MAC地址填写自己的MAC地址。
ARP报文中，因为是主机C对主机A的回复，因此，对于主机C而言，目的地址就是主机A，因此，目的IP为10.0.0.1，即主机A的IP地址，源IP填写为自己的IP地址，目的MAC地址就是主机A的MAC地址，源MAC地址，填写自己的MAC地址，操作类型为Reply，代表是对A的回应。
当A收到主机C的ARP回应之后，通过查看ARP中的字段，于是就知道了主机C的MAC地址。主机A就把C的MAC地址写入自己的ARP表中
至此，主机A就知道了主机C的MAC地址，后续发送数据时，二层封装就可以顺利完成了。
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