Ethernet 系列(8)-- 基础学习::ARP

目录

[1. ARP的目的:](#1. ARP的目的:)

[1.1 什么是ARP](#1.1 什么是ARP)

[1.2 什么时候用ARP](#1.2 什么时候用ARP)

[2. ARP如何工作:](#2. ARP如何工作:)

[2.1 主机-主机的直接通信](#2.1 主机-主机的直接通信)

[2.2 主机-路由-主机的间接通信](#2.2 主机-路由-主机的间接通信)

[3. ARP header:](#3. ARP header:)


1. ARP的目的:

1.1 什么是ARP:

ARP-地址解析协议,是第3层地址(IP地址)到第2层地址(MAC地址)的映射。

1.2 什么时候用ARP:

执行ARP时,IP地址是已知的,MAC地址是您试图发现的。

2. ARP如何工作:

假设主机B正试图与其他主机A和D通信。主机B已经知道主机A和路由器IP地址。

2.1 主机-主机的直接通信:

首先,ARP请求被广播发送到局域网(LAN)中的任何设备,内容如下图所示。

ARP请求由主机A和路由器接收。

  • 路由器意识到此IP地址与路由器的IP地址不匹配。因此,路由器丢弃该数据包。
  • 主机A意识到该IP地址与主机A的IP地址匹配。因此,主机A处理数据包并生成ARP响应。
    • 响应包含主机B请求的IP地址到MAC地址的映射。
    • ARP响应将以单播方式发送回主机B,以便主机B可以知道主机A的MAC地址值。

根据OSI模型,当主机B知道主机A的IP和MAC地址时,就可以与主机A通信。

2.2 主机-路由-主机的间接通信:

在本节中,为了更容易理解,我将以表格的形式说明每个设备的学习机制。学习机制意味着,一旦设备知道其他设备的价值,它就会记住它以备将来使用。

表格格式如下:

|--------------------------------------|--------------------------------------|--------------------------------------|-------------------|
| 此列提供网络中除主机B之外的任何设备的IP地址和MAC地址之间的映射信息 | 此列提供网络中除主机D之外的任何设备的IP地址和MAC地址之间的映射信息 | 此列提供网络中除路由器之外的任何设备的IP地址和MAC地址之间的映射信息 | 此列将提供我们拥有的网络ID的信息 |

  • 在这种情况下,要到达主机D,主机B需要使用路由器的IP地址。主机D知道路由器的IP地址,因为它配置了默认网关。

|---|---|---|---------------------------------------|
| - | - | - | eth01: 10.3.3.0/24 eth02: 10.4.4.0/24 |

  • 当主机B想和局域网外的主机通话时,它需要通过网关发送请求,在这种情况下是路由器。为了知道路由器的MAC地址,主机B需要发送一个ARP请求,其内容如下图所示。
  • ARP请求由主机A和路由器接收。
    • 主机A意识到此IP地址与主机A的IP地址不匹配。因此,主机A丢弃该数据包。
    • 路由器意识到该IP地址与路由器的IP地址相匹配。现在,路由器知道主机B的IP和MAC地址。

|-----|-----|------------------------------|-------------------------------------------|
| * - | * - | * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * eth01: 10.3.3.0/24 * eth02: 10.4.4.0/24 |

  • 然后路由器处理数据包并生成ARP响应。
    • 响应包含主机B请求的IP地址到MAC地址的映射。ARP响应将以单播方式发送回主机B。
  • 现在,主机B知道路由器的IP和MAC地址。

|------------------------------|-----|------------------------------|-------------------------------------------|
| * 10.3.3.99 - 0053.ff33.9999 | * - | * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * eth01: 10.3.3.0/24 * eth02: 10.4.4.0/24 |

  • 当主机B知道路由器的IP和MAC地址时,主机B可以向该路由器发送一个数据包,其中包含:
    • 第2层报头包括源MAC地址是主机B的MAC地址,目的MAC地址是路由器的MAC地址。
    • 第三层报头包括源IP地址是主机B的IP地址,目的IP地址是服务器D的IP地址。
  • 当数据包到达路由器时:
    • 路由器将查看第2层标头以做出决定。在这种情况下,它意识到目标MAC地址与其MAC地址匹配,然后从数据包中删除第2层报头。
    • 之后,它将查看第3层标头以做出下一个决定。在这种情况下,它意识到目标IP地址与其IP地址不匹配。然后,路由器查阅路由表,确定该IP地址属于eth02:10.4.4.0/24。
    • 由于路由器连接到该网络,它知道数据包必须被传递到其最终目的地。为此,它需要主机D的MAC地址。
    • 因此,路由器广播ARP请求。主机D接收ARP请求,并意识到该IP地址与其IP地址匹配,然后将单播响应发送回路由器。

|------------------------------|------------------------------|------------------------------|-------------------------------------------|
| * 10.3.3.99 - 0053.ff33.9999 | * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * eth 1: 10.3.3.0/24 * eth 2: 10.4.4.0/24 |

  • 路由器接收响应并学习主机D的MAC地址。

|------------------------------|------------------------------|-----------------------------------------------------------|-------------------------------------------|
| * 10.3.3.99 - 0053.ff33.9999 | * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * 10.4.4.44 - 0053.ff44.dddd * 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb | * eth 1: 10.3.3.0/24 * eth 2: 10.4.4.0/24 |

  • 路由器将第2层报头附加到数据包上,其中包括源MAC地址是路由器的MAC地址,目的MAC地址是主机D的MAC地址。最后,数据包可以发送到主机D。
  • 当主机D收到主机B的请求时,它需要发回响应。主机D知道它需要将此数据包发送到局域网外,因此需要通过路由器。为此,它需要知道路由器的MAC地址。因此,ARP请求被广播发送到网络。
  • 路由器从主机D接收ARP请求,并意识到该IP地址与其IP地址匹配。由于它已经知道主机D的IP和MAC地址,因此不需要再记忆了。然后,路由器处理ARP请求并将单播发送回主机D。
  • 主机D从路由器接收ARP响应。现在,主机D知道路由器的IP和MAC地址。

|----------------------------|-------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------|---------------------------------------|
| 10.3.3.99 - 0053.ff33.9999 | 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb 10.4.4.99 - 0053.ff44.9999 | 10.3.3.22 - 0053.ff33.bbbb 10.4.4.44 - 0053.ff44.dddd | eth 1: 10.3.3.0/24 eth 2: 10.4.4.0/24 |

  • 现在,主机D可以向路由器发送一个数据包,其中包含:
    • 第2层报头包括源MAC地址是主机D MAC地址,目的MAC地址是路由器MAC地址。
    • 第3层报头包括源IP地址是主机D IP地址,目的IP地址是主B IP地址。
  • 当数据包到达路由器时:
    • 路由器将查看第2层标头以做出决定。在这种情况下,它意识到目标MAC地址与其MAC地址匹配,然后从数据包中删除第2层报头。
    • 之后,它将查看第3层标头以做出下一个决定。在这种情况下,它意识到目标IP地址与其IP地址不匹配。然后,路由器查阅路由表,确定该IP地址属于eth01:10.3.3.0/24。
    • 由于路由器连接到该网络,它知道数据包必须被传递到其最终目的地。
    • 由于学习机制,路由器已经知道主机B的MAC地址,因此不需要发送任何ARP请求。然后,路由器将第2层报头附加到数据包上,其中包括源MAC地址是路由器的MAC地址,目的MAC地址是主机B的MAC地址。
    • 最后,可以将数据包发送到主机B。

3. ARP header:

硬件类型:定义运行ARP的物理网络的类型。

  • 对于以太网,它设置为1。

协议类型:定义要解析的协议。

  • 对于IPv4,它被设置为0x0800。

硬件长度:定义物理地址的长度(以字节为单位)。

  • 对于以太网,它被设置为6,这意味着物理地址是6个字节。

协议长度:定义逻辑地址的字节长度。

  • 对于以太网,它设置为4,这意味着协议地址为4个字节。

操作:定义ARP数据包为请求或应答。

  • 对于请求,它被设置为1。对于回复,它被设置为2。

发送方硬件地址:定义源MAC地址。

发送方协议地址:定义源IP地址。

目标硬件地址:定义目标MAC地址。

  • 如果此字段未知,则将其设置为00:00:00:00:00

目标协议地址:定义目标IP地址。

  • 请注意,在发送此ARP请求之前,必须将其封装为具有上述格式的以太网帧。
  • 以太网帧的目标MAC地址设置为FF:FF:FF/FF:FF:FF,因为此ARP请求是广播发送到局域网中的任何设备的。
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