「网工小白必备」零基础最详细的网络基础ARP协议
作者：互联网
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ARP 是什么
ARP 协议的全称是 Address Resolution Protocol(地址解析协议)，它是一个通过用于实现从 IP 地址到 MAC 地址的映射，即询问目标 IP 对应的 MAC 地址 的一种协议。ARP 协议在 IPv4 中极其重要。
注意: ARP只用于IPv4 协议中，IPv6协议使用的是Neighbor
Discovery Protocol,译为邻居发现协议，它被纳入ICMPv6 中。
简而言之，ARP 就是一种解决地址问题的协议，它以 IP 地址为线索，定位下一个应该接收数据分包的主机 MAC 地址。如果目标主机不在同一个链路上，那么会查找下一跳路由器的 MAC 地址。
1.1.2. ARP的基本概念
Address Resolution Protocol，地址解析协议
通过对方的IP地址去解析对方的MAC地址
1.1.3. ARP的报文
ARP报文格式
硬件类型：标识硬件地址的类型，值为1表示以太网地址
协议类型：表示要映射的协议地址类相关。0x0080表示IP地址类型
硬件地址长度和协议地址长度，对于以太网上的IP地址的ARP请求或应答来说，他们的值分别为6和4
操作类型（op）：1表示ARP请求，2表示ARP应答，3表示RARP请求，4表示进行RARP应答
发送方的硬件地址：发送方设备的硬件地址
发送方的协议地址：发送方设备IP地址
目标硬件地址：接收方设备硬件地址
目标协议地址：接收方设备IP地址
ARP请求报文
ARP应答报文
1.1.4. ARP地址解析过程
1、假设主机A和B在同一个网段，主机A要向主机B发送信息：
(1) 主机 A 首先查看自己的 ARP 表，确定其中是否包含有主机 B 对应的 ARP 表项。如果找到了
对应的 MAC 地址，则主机 A 直接利用 ARP 表中的 MAC 地址，对 IP 数据报进行帧封装，并
将 IP 数据报发送给主机 B。
(2) 如果主机 A 在 ARP 表中找不到对应的 MAC 地址，则将缓存该 IP 数据报，然后以广播方式发
送一个 ARP 请求报文。ARP 请求报文中的发送端 IP 地址和发送端 MAC 地址为主机 A 的 IP
地址和 MAC 地址，目标 IP 地址和目标 MAC 地址为主机 B 的 IP 地址和全 0 的 MAC 地址。
由于 ARP 请求报文以广播方式发送，该网段上的所有主机都可以接收到该请求，但只有被请
求的主机（即主机 B）会对该请求进行处理。
(3) 主机 B 比较自己的 IP 地址和 ARP 请求报文中的目标 IP 地址，当两者相同时进行如下处理：
将 ARP 请求报文中的发送端（即主机 A）的 IP 地址和 MAC 地址存入自己的 ARP 表中。之
后以单播方式发送 ARP 响应报文给主机 A，其中包含了自己的 MAC 地址。
(4) 主机 A 收到 ARP 响应报文后，将主机 B 的 MAC 地址加入到自己的 ARP 表中以用于后续报
文的转发，同时将 IP 数据报进行封装后发送出去。
2、当主机 A 和主机 B 不在同一网段时，主机 A 就会先向网关发出 ARP 请求，ARP 请求报文中的目
标IP 地址为网关的 IP 地址。当主机 A 从收到的响应报文中获得网关的 MAC 地址后，将报文封装并发
给网关。如果网关没有主机 B 的 ARP 表项，网关会广播 ARP 请求，目标 IP 地址为主机 B 的 IP 地
址，当网关从收到的响应报文中获得主机 B 的 MAC 地址后，就可以将报文发给主机 B；如果网关
已经有主机 B 的 ARP 表项，网关直接把报文发给主机 B。
1.1.5. 免费ARP
免费ARP的概念
免费ARP指主机发送ARP查找自己的IP地址，通常发生在系统引导期间进行接口配置时，与标准ARP的区别就是免费ARP将目的IP地址封装为自己的IP地址，即向网络中请求自己的MAC地址
免费ARP的作用
检测地址冲突
Ÿ 正常情况下发送免费ARP请求不会收到ARP应答，如果收到一个ARP应答，则说明网络中存在与本机相同的IP地址的主机，发生了地址冲突
更新其他主机高速缓存中旧的硬件地址
Ÿ 如果发送免费ARP的主机正好改变了硬件地址，如更换了接口卡
Ÿ 其他主机接收到这个ARP请求的时候，发现自己的ARP高速缓存表中存在对应的IP地址，但是MAC地址不匹配，那么就需要利用接收到的ARP请求来更新本地的ARP高速缓存表项
网关利用免费ARP防止ARP攻击
Ÿ 有些网关设备在一定的时间间隔内向网络主动发送免费的ARP报文，让网络内的其他主机更新ARP表项中的网关MAC地址信息，以达到防止或缓解ARP攻击的效果
利用免费ARP进行ARP攻击
ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答，计算机只要收到ARP应答数据包，就会使用应答包中的IP和MAC地址对本地的ARP缓存进行更新
主机可以虚构免费ARP应答，将ARP的源MAC设置为错误的MAC地址，并把这个虚假的免费ARP应答发送到网络中，那么所有接收到这个免费ARP应答的主机都会更新本地ARP表项中相应IP地址对应的MAC地址
更新成功后，这些主机的数据报文就会被转发到错误的MAC地址，从而实现了ARP欺骗
1.1.6. 代理ARP
代理ARP
如果这两个主机不在同一个网络内， 被3层设备隔离了， 怎么通信呢？
目的IP地址与本机的IP地址位于不同网络， 由于主机A没有配置网关，所以它将会以广播形式发送ARP Request报文，请求主机B的MAC地址。但是，广播报文无法被路由器转发，所以主机B无法收到主机A的ARP请求报文，当然也就无法应答。
在路由器上启用代理ARP功能，就可以解决这个问题。
启用代理ARP后， 主机A解析网关MAC 地址过程：
1、主机A发送arp 请求网关MAC： 在电脑主机要先配置网关地址，主机A给主机B发送数据，发现是不同网段的数据通信，而我本地是没有这个关于B的ARP映射关系的，就会发送一个arp请求报文，解析网关MAC地址，源IP和源MAC地址都是主机A，目的IP是网关IP地址，目的MAC地址是全0。
2、网关回复自己的MAC 地址：网关收到这个arp请求报文后， 检查目的主机是否可达，可达，就会把自己的MAC地址以arp reply报文回复给主机A，目的主机不可达就不回复。
3：主机A 给主机B 发送数据：主机A收到这个arp应答报文就会把网关MAC和网关的IP地址添加进arp表，A要给主机B发送数据，需要先解析B的MAC地址，发送一个arp请求报文，源IP 和源MAC是A的信息，目的IP地址是B的IP地址，目的MAC是网关MAC。
4： 网关收到数据包后的处理：网关收到这样的请求，会查找路由表，如果存在主机B的路由表项，路由器将会使用自己的G0/0/0接口的MAC地址来回应该ARP request。主机A收到ARP reply后，将以路由器的G0/0/0接口MAC地址作为目的MAC地址进行数据转发。
为什么需要代理ARP
先要了解，路由器的重要功能之一就是把局域网的广播报限制在该网段内，阻止其扩散，否则会造成广播风暴
ARP请求是广播报，他询问的对象如果在同一个局域网内，就会收到ARP应答。如果询问对象不在一个局域网内如何处理？路由器就提供了代理ARP为这个问题提供了解决方案
代理ARP的工作机制
两台主机A和B处于同一网段但不同的广播段（不在同一物理网络）时，主机A发送ARP请求主机B的MAC地址时，因为路由器不转发广播报的原因，ARP请求只能达到路由器。
如果路由器使用了ARP代理功能，并知道主机B属于它连接的网络，那么路由器就用自己接口MAC地址代替主机B的MAC地址来对主机A进行ARP应答。主机A接收ARP应答，但并不知道代理ARP的存在
代理ARP的优缺点
优点
代理ARP能在不影响路由表的情况下添加一个新的Router，使主网对该主机变得透明化。
一般代理ARP应该使用在主机没有配置默认网关或没有任何路由策略的网络上
缺点
从工作过程可以看到，这其实是一种ARP欺骗
通过两个物理网络之间的路由器的代理ARP功能其实互相隐藏了物理网络，这导致无法对网络拓扑进行网络概括
代理ARP增加了使用它的那段网段的ARP流量，主机需要更大的ARP缓存空间，也不会为不使用ARP进行地址解析的网络工作
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标签：ARP,网关,主机,报文,基础,MAC,地址,网工小白 来源： https://blog.csdn.net/ZYJY2020/article/details/113698646