只要确定了 IP 地址，就可以向这个目标地址发送 IP 数据包。然而，在底层数据链路层，进行实际通信时确有必要了解每个 IP 地址所对应的 MAC 地址。
ARP 概要
ARP 是一种协议，用于在局域网（LAN）内将网络层的 IP 地址解析为数据链路层的物理地址（如 MAC 地址）。这一过程对于 IP 网络的正常功能至关重要，因为虽然 IP 数据包是根据 IP 地址发送的，但实际的数据传输是在物理网络硬件（如以太网）上进行，它依赖于物理地址。
ARP 的工作机制
ARP（地址解析协议）是一个关键的网络协议，用于在本地网络中将 IP 地址解析为物理地址（通常是 MAC 地址）。让我们深入了解 ARP 的详细工作机制：
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基本原理：ARP 允许网络设备发现并学习局域网内其他设备的物理地址（MAC 地址），使得基于 IP 的通信可以在物理网络层（如以太网）上进行。
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工作流程：
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确定目标 MAC 地址：当一台设备需要发送数据到同一局域网中的另一台设备，但只知道目标设备的 IP 地址时，它使用 ARP 来确定目标的物理地址。
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生成 ARP 请求：请求设备（发送者）生成一个 ARP 请求报文，其中包含它自己的 IP 和 MAC 地址，以及目标设备的 IP 地址。目标设备的 MAC 地址字段被设置为空或为广播地址。
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广播 ARP 请求：ARP 请求以广播形式发送至整个局域网。这意味着网络上的所有设备都会收到这个请求。
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处理 ARP 请求：
- 网络上的每台设备接收到 ARP 请求后，都会检查请求中的目标 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配。
- 如果不匹配，设备将忽略该 ARP 请求。
- 如果匹配，目标设备（IP 地址匹配的设备）将生成一个 ARP 响应。
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发送 ARP 响应：
- ARP 响应包含目标设备的 IP 地址和对应的 MAC 地址。
- 响应通常是直接发送给请求的设备，而非广播到整个网络。
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更新 ARP 缓存：
- 请求设备接收到 ARP 响应后，会在其 ARP 缓存中存储 IP 地址和 MAC 地址的映射关系，用于未来的通信。
- 这个缓存通常有一个超时设置，过时的条目会被移除。
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ARP 表/缓存
- 设备上的 ARP 表（或缓存）用于存储近期收集的 IP 地址到 MAC 地址的映射。
- 这样可以加速未来的数据包传输，因为设备可以直接从缓存中查找已知的地址映射，而不需要再次发送 ARP 请求。
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安全性考虑 ARP 协议本身不包含身份验证机制，因此容易受到 ARP 欺骗（ARP spoofing）或中间人攻击（MITM）。在 ARP 欺骗中，攻击者发送伪造的 ARP 响应，试图将自己的 MAC 地址与网络中其他设备的 IP 地址关联起来，从而劫持或监控数据流。
ARP 是局域网内通信的基础，允许设备发现和交换物理地址信息，从而实现 IP 通信。尽管其在局域网中不可或缺，但由于缺乏安全机制，它也带来了一些安全风险。在设计和管理网络时，考虑这些安全风险是非常重要的。
IP 地址和 MAC 地址是否缺一不可？
IP 地址和 MAC 地址在网络通信中都扮演着重要的角色，但它们的功能和用途有所不同。在某些情况下，它们可以被认为是"缺一不可"的，但这也取决于特定的网络环境和通信需求。
IP 地址用于在网络上标识设备，特别是在互联网或大型网络中。它相当于一个邮政地址，用于确定数据包的最终目的地。IP 地址在整个网络中唯一，允许设备跨不同的局域网（LAN）和广域网（WAN）进行通信。
MAC 地址是网络接口控制器（NIC）的物理硬件地址。它相当于一个设备的身份证，是出厂时设备硬件的固定标识。它在局域网中用于识别设备。它在数据链路层（如以太网）用于确定数据包应该从一个物理设备传输到另一个物理设备。
在大多数标准的网络通信中，IP 地址和 MAC 地址都是必需的。IP 地址用于在整个网络中路由数据包，而 MAC 地址用于在同一局域网内传输这些数据包。
例如，在一个典型的家庭网络中，路由器使用 IP 地址来决定如何将互联网数据包发送到正确的设备，而设备间的实际通信（如在同一 Wi-Fi 网络上）则依赖于 MAC 地址。
在一些特定的网络配置中，比如某些虚拟网络或软件定义网络（SDN），可能不严格需要 MAC 地址。
相似地，在一些特殊场景下，比如某些局域网应用或直接数据链路连接，可能不需要使用到 IP 地址。
在大多数传统和常规的网络环境中，IP 地址和 MAC 地址都是进行有效通信所必需的。它们在网络的不同层次上工作，共同确保数据能够从源头顺利地到达目的地。然而，根据网络的具体类型和配置，可能会存在一些例外情况。
参考文献
- 书籍：图解 TCP/IP
总结
ARP 是网络通信的关键组件，尤其是在局域网中。它使设备能够识别并通信到达同一网络中的其他设备。尽管 ARP 对于网络通信至关重要，但它的安全漏洞需要通过额外的安全措施来加以防范。随着技术的发展，IPv6 中的邻居发现协议已经开始取代 ARP 的功能，提供了更高级的功能和安全性。