[網路]淺談ARP(Address Resolution Protocol)運作原理

 用途

　　在乙太網路上，資料的傳遞必須要有實體位址(MAC Address)，Layer 2設備會驗證Frame的實體位址，不是找它的一律捨棄，但設備一開機總不可能就有所有設備的實體位址吧？所以就需要ARP協定來協助取得各個設備的實體位址。

介紹

　　ARP是利用乙太網路的廣播功能所設計出來的位址解析協定，它的主要特性是它的位址對應關係是動態的，以查詢的方式來獲得IP位址(IP Address)和實體位址(MAC Address / Physical Address)的對應關係。

　　只要是Layer 3的設備都一定會有ARP Cache，並且會在ARP快取內建立APR表格(ARP Table)用來記錄IP位址和實體位址的對應關係。這個Table會依據自身的存活時間遞減而消失，以確保資料的正確性。

原理

　　當發送主機有一個封包要傳送給目標主機時，並且已獲得目標主機的 IP 位址，那發送主機會先檢查自己的 ARP 表格中有沒有該 IP 位址的實體位址對應。

如果有，就直接將此IP所對應的MAC Address填入Layer 2表頭。

如果沒有，則向網路發出一個 ARP Request 的廣播封包，查詢目標主機的實體位址。

例：PC0要Ping PC1，且該網段還有一台PC2

綠色為ARP Request 的廣播封包，L2表頭內的目標實體位址全為FFFF

黃綠色為ICMP(Ping)封包，等待填入L2表頭內的目標實體位址

ARP Request封包

當初我看到這張圖時心裡就想，沒有IP位址的話L3不是沒辦法辨認嗎？
後來才發現，原來ARP和IP同屬於Layer 3的 Protocol，拆開後發現是給ARP的封包就丟給ARP處理囉！

由於是廣播封包，所以L2會移除表頭後交給L3做處理，PC2的ARP接收後發現目標IP並不是找他，故丟棄之。

PC1在收到ARP Request封包後發現是找自己的，便將PC0的IP位址及MAC位址對應寫到ARP表格裡以及回傳一個ARP Reply封包給PC0。

ARP Reply封包內包含Source MAC/IP及Target MAC/IP。(ARP Request沒有目標MAC Address)

PC0收到ARP Reply後，將目標MAC Address填入ICMP(Ping)封包的L2表頭之後就開始執行Ping PC1的動作。(註：綠色為ARP Reply、橘色為ICMP)

那PC2會不會將PC0的對應關係寫進去ARP表格啊？

上面也提到了，雖然L2會往上送，但L3會捨棄此封包，所以ARP表格內不會有PC0的記錄。