ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

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ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是计算机网络中用于将网络层地址（如IPv4地址）解析为数据链路层地址（如MAC地址）的核心协议。它工作在OSI模型的网络层（或TCP/IP模型的链路层），是局域网（LAN）通信的基础。

ARP的核心功能

  1. 动态映射
    通过ARP请求和响应报文，动态获取同一局域网内其他设备的MAC地址，无需手动配置。
  2. 缓存机制
    维护一个ARP缓存表（ARP Cache），存储IP与MAC的映射关系，减少重复查询。

工作原理

  1. ARP请求（广播）

    • 当主机A需要与主机B（已知IP地址）通信时，先检查本地ARP缓存。
    • 若未找到B的MAC地址，A会广播一个ARP请求包（包含A的IP/MAC和B的IP，目标MAC为FF:FF:FF:FF:FF:FF）。

  2. ARP响应（单播）

    • 局域网内所有主机收到请求，但只有主机B（IP匹配）会响应，向A单播发送ARP响应包，包含B的MAC地址。

  3. 更新缓存

    • 主机A收到响应后，将B的IP-MAC映射存入ARP缓存，后续通信直接使用。

ARP报文格式

  • 硬件类型：如以太网（1）。
  • 协议类型：如IPv4（0x0800）。
  • 硬件地址长度：MAC地址长度（通常6字节）。
  • 协议地址长度：IP地址长度（通常4字节）。
  • 操作码：1（请求）或2（响应）。
  • 源/目标IP和MAC地址。

关键特性

  1. 局域网内通信
    ARP仅用于同一局域网内的地址解析，跨网络需通过路由器（网关）转发。
  2. 无认证机制
    ARP协议设计简单，缺乏身份验证，易受ARP欺骗（ARP Spoofing）攻击。
  3. 缓存超时
    ARP表条目通常有生存时间（TTL），过期后需重新查询。

常见应用场景

  • 主机通信：PC访问同一局域网的打印机。
  • 网关配置：主机通过ARP获取默认网关的MAC地址。
  • 网络诊断：arp -a命令查看本地ARP缓存（Windows/Linux均支持）。

安全问题与防御

  • ARP欺骗：攻击者伪造ARP响应，劫持流量（如中间人攻击）。
    防御措施：
    • 静态ARP绑定（手动配置IP-MAC映射）。
    • 使用ARP防火墙或动态ARP检测（DAI）技术。

相关协议

  • RARP（Reverse ARP）：根据MAC地址获取IP（现已淘汰，被DHCP取代）。
  • Proxy ARP：路由器代答ARP请求，用于特殊网络拓扑。

ARP协议时序图 和 流程图

1. ARP协议时序图（请求-响应流程）

sequenceDiagram participant HostA as 主机A participant HostB as 主机B participant Others as 局域网其他主机 Note over HostA: 需要与主机B通信<br/>但未知B的MAC地址 HostA->>Others: 广播ARP请求包<br/>(Who has IP_B? Tell IP_A) Others-->>HostA: 忽略请求（IP不匹配） HostB-->>HostA: 单播ARP响应包<br/>(IP_B's MAC is MAC_B) Note over HostA: 更新ARP缓存表<br/>IP_B → MAC_B

2. ARP协议流程图（完整逻辑）

flowchart TD A[主机A发起通信] --> B{检查ARP缓存} B -- 有IP_B的MAC? --> C[直接发送数据帧] B -- 无记录? --> D[构造ARP请求包] D --> E[广播ARP请求] F[主机B收到请求] --> G{IP匹配?} G -- 是 --> H[单播响应ARP包] G -- 否 --> I[丢弃包] H --> J[主机A收到响应] J --> K[更新ARP缓存] K --> C

关键步骤说明

  1. 时序图：

    • 主机A广播请求，只有目标主机B响应，其他主机忽略。
    • 响应通过单播返回，避免广播风暴。

  2. 流程图：

    • 优先查询本地缓存，减少ARP请求次数。
    • 缓存未命中时触发广播-响应流程。

注意事项

  • 广播域：ARP请求仅在同一个广播域（如局域网）内有效。
  • TTL：ARP缓存条目通常有生存时间（如20分钟），超时后自动删除。

如果需要更复杂的场景（如ARP欺骗或Proxy ARP），可以进一步扩展图表！

总结

ARP是局域网通信的“桥梁”，通过简单的请求-响应机制实现IP到MAC的转换。尽管高效，但需注意其安全性缺陷，实际应用中常结合其他机制（如DHCP、防火墙）保障网络稳定。
posted @ 2025-04-29 08:12  guanyubo  阅读(883)  评论(0)    收藏  举报