1.5、ARP协议

前言
- 当网络设备有数据要发送给另一台网络设备时，必须要知道对方的网络层地址（即IP地址）。IP地址由网络层来提供，但是仅有IP地址是不够的，IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。数据帧必须要包含目的MAC地址，因此发送端还必须获取到目的MAC地址。通过目的IP地址来获取目的MAC地址的过程是由ARP（Address Resolution Protocol）协议来实现的。
ARP
- 数据链路层在进行数据封装时，需要目的MAC地址
ARP数据包格式
- ARP报文不能穿越路由器，不能被转发到其他广播域
- ARP数据包的字段
  - Hardware Type
    - 硬件地址类型
  - Protocol Type
    - 协议类型
  - Hardware Length
    - MAC地址长度
  - Protocol Length
    - IP地址长度
  - Operation Code
    - 指定ARP报文的类型
      - Eg
        
        Request
        
        reply
  - Source Hardware Address
    - 源MAC地址
  - Source Protocol Address
    - 源IP地址
ARP工作过程
- 主机A发送一个数据包给主机C之前，首先要获取主机C的MAC地址
ARP缓存
ARP请求
- 不知目的MAC地址时，通过广播地址在广播域中发起请求
ARP响应
- 主机C收到request报文后，检测该报文中的目的IP地址和主机C的源地址是否一致
  - 如果一致，会给主机A回应，并且把该request报文中的源MAC地址加入到缓冲表当中
  - 如果不一致，则不回应

主机A收到主机C的reply的ARP报文，将收到的MAC地址放到缓冲表当中，方便下次使用
- 如果下次发送给主机C时，缓冲表中主机C的MAC地址已经记录。不用进行请求，可以直接进行封装，发送给主机C即可
缓存表有缓存时间，时间大概为20分钟

ARP代理
- 如果主机A没有配置网关，主机A和主机B就无法相同。如果想在不配置网关的情况下相通，则可以通过ARP代理进行实现
  - G0/0/0和G0/0/1接口中开启ARP代理，开启后，路由器就可以接受ARP的广播包，然后获取对方的MAC地址
  - 双方主机必须处于同一网段
- 同一网段、不同物理网络上的计算机之间，可以通过ARP代理实现相互通信
免费ARP
- 免费ARP可以用来探测IP地址是否冲突
总结
- 网络设备在什么情况下会发送ARP Request？
  - 发送数据给目的设备之前，检查自身ARP缓存，查看自身是否存在目的MAC
  - 如果不存在，则发送Request报文进行请求
  - ARP报文属于网络层
- 网络设备什么时候会产生免费ARP？
  - 当一个设备被分配IP地址，或者IP地址变更后，就通过免费ARP来检测IP地址是否冲突