一文读懂ARP协议，从IP获取对方MAC实操

什么是ARP协议？

一台主机要发送数据给另一台主机时，必须要知道目的主机的网络层地址（即IP地址）。IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。因此数据帧必须要包含目的MAC地址，发送端必须获取到目的MAC地址。

那么如何获取对方的mac地址呢？

通过ARP（Address Resolution Protocol）协议可以根据IP地址获取对方的MAC地址。

如图所示：

主机A（ip为10.0.0.1）要和主机C（ip为10.0.0.3）通信，数据包经过主机A的封装后发给主机C，我们知道主机A封装数据时除了要知道对方的IP地址，还需要知道对方的MAC地址，这时候就需要借助ARP协议了。

下面我们看下ARP是如何获取主机C的MAC地址的？

ARP协议工作原理

1、ARP请求：

主机A首先会去检查ARP缓存表（ARP缓存用来存放IP地址和MAC地址的关联信息）中是否存在主机C的MAC地址。

本例中由于是第一次通信，主机A的ARP缓存表中没有主机C的MAC地址。

这时主机A会发送ARP request报文（广播报文）来获取主机C的MAC地址。而广播报文只会在广播域中传播，路由器可以隔离广播域。

ARP request报文封装在以太帧里。

帧头中的源MAC地址为发送端主机A的MAC地址，此时，由于主机A不知道主机C的MAC地址，所以目的MAC地址为广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。

ARP request报文中包含源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址，其中目的MAC地址的值为0。

ARP Request报文会在整个网络上传播，该网络中所有主机包括网关都会接收到此ARP request报文。网关将会阻止该报文发送到其他网络上。

本例中主机B和主机C都会收到主机A发送的ARP广播请求报文。

2、ARP应答：

主机B收到主机A发送的ARP广播请求报文，查看目的IP不是自己会丢弃，但是会在自己的ARP缓存表中记录主机A的IP和MAC的映射关系，在主机B上通过命令arp -a 可以查询到：

主机C发现目的IP是自己，会在自己的ARP缓存表中记录主机A的IP和MAC的映射关系，并会向主机A单播回应ARP Reply报文。

主机A收到主机C的回应报文后后会在自己的ARP缓存表中记录主机C的IP和MAC的映射关系，下次发送数据是就可以查询到主机C的MAC。

ARP Reply报文中的源协议地址是主机C自己的IP地址，目标协议地址是主机A的IP地址，目的MAC地址是主机A的MAC地址，源MAC地址是自己的MAC地址，同时Operation Code被设置为reply。

ARP Reply报文通过单播传送。

ARP报文格式

ARP的工作过程是通过ARP广播请求报文和ARP单播回应报文实现的，下面我们一起看下ARP报文的格式。

ARP报文中包含以下字段：

1、Hardware Type：表示硬件地址类型，一般为以太网；

2、Protocol Type：表示三层协议地址类型，一般为IP；

3、Hardware Length和Protocol Length：为MAC地址和IP地址的长度，单位是字节；

4、Operation Code：指定了ARP报文的类型，包括ARP request和ARP reply；

5、Source Hardware  Address：指的是发送ARP报文的设备MAC地址；

6、Source Protocol Address：指的是发送ARP报文的设备IP地址；

7、Destination Hardware Address：指的是接收者MAC地址，在ARP request报文中，该字段值为0；

8、Destination Protocol Address：指的是指接收者的IP地址。

实战

下面我们搭建拓扑，模拟下主机A和主机C的通信过程，在ensp模拟器下打开wireshark抓取下ARP请求和回应报文。

1、主机A上ping 主机C ip 10.0.0.3。

2、查看抓包结果：

可以看到：抓取到了主机A发送的ARP广播请求报文、主机C回应的单播报文，以及ping的ICMP报文；

3、报文分析：

ARP请求报文格式：

可以看到ARP请求报文中：

1、Hardware Type为以太网；

2、Protocol Type为IP；

3、MAC地址为6字节，IP地址的长度为4字节；

4、Operation Code指定了ARP报文的类型为ARP request；

5、发送ARP报文的设备MAC地址为54-89-98-1F-3A-EA；

6、发送ARP报文的设备IP地址为10.0.0.1；

7、接收者MAC地址为ff-ff-ff-ff-ff-ff；

8、接收者的IP地址为10.0.0.3。

ARP回应报文：

可以看到ARP回应报文中：

1、Hardware Type为以太网；

2、Protocol Type为IP；

3、MAC地址为6字节，IP地址的长度为4字节；

4、Operation Code指定了ARP报文的类型为ARP reply；

5、发送ARP报文的设备MAC地址为54-89-98-DB-33-4E；

6、发送ARP报文的设备IP地址为10.0.0.3；

7、接收者MAC地址为54-89-98-1F-3A-EA；

8、接收者的IP地址为10.0.0.1。