前端网络基础-网络层的ARP协议

ゝ一世哀愁。 2023-10-01 10:20 105阅读 0赞

无论是OSI七层网络模型，还是TCP/IP四层网络模型，它们都有一个网络层。

网络层的作用有如下几个：

1、根据目标IP找到目标设备的MAC地址，帮助后续数据链路层的数据封装MAC头部

2、IP寻址

3、最优路径

这里我们先讨论1：网络层如何根据目标IP找到目标设备的MAC地址。

网络层有一个协议ARP（address resolution protocol），该协议就是用来根据设备IP查找设备MAC地址。

ARP协议的功能实现：

1、每台设备都有一个ARP缓存表，在该表中存储的是 IP -> MAC 的映射关系

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

2、网络层查找目标IP对应的MAC地址时，首先会去本机的ARP缓存表中根据IP去查找，如果可以找到，那就将目标MAC地址交给数据链路层封装，如果没有找到，则会发起ARP请求

我们这里使用arp -d \* 命令清空本机ARP缓存表

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

然后去ping 192.168.0.101，由于此时arp缓存表中没有该IP，所以网络层会发起arp请求。

本机IP是192.168.0.118

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][] 使用wireshark抓包，可以发现本机发出了一个广播消息

Who has 192.168.0.101? Tell 192.168.0.118

注意这是一个广播消息，所有子网中的设备都可以接收到。

当在一个子网中的192.168.0.101收到广播消息后，发现这条广播是在找自己，就会去阅读该消息，并将找自己的设备的IP（192.168.0.118）和其MAC保存到自己的本地的arp表中

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3][]

所以之后192.168.0.101就立马回复了一条单播消息给192.168.0.118，注意单播消息只有接收方可以获取到

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4][]

单播消息中包含了自己的MAC地址。

所以192.168.0.118收到单播消息后就得到了目标MAC，并会保存目标IP和目标MAC到本地的ARP缓存表中

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5][]

所以总结下ARP协议的工作流程：

主机A 需要 主机B的mac地址才能进行数据链路层的数据封装操作，此时主机A已经获得了主机B的ip地址。

1、主机A会去本地的arp表中，根据主机B的ip地址寻找mac地址，如果找到，则继续后续数据链路层的数据封装，如果没有找到，则发送一条广播消息给子网中所有主机，Who has B\_ip, Tell A\_ip

2、主机B收到广播消息后，会缓存消息中主机A的ip和mac地址到自己的arp表中备用，然后会给主机A单独发送一条单播消息，并在单播消息中附带自己的mac地址

3、主机A收到主机B的单播消息后，将消息中的主机B的ip地址和mac地址保存到arp表中，然后继续后续数据链路层的数据封装

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