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本篇內容介紹了“ARP協議怎么使用”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！
在同一個網絡（無特別說明，均指以太網絡）中進行通信的主機，必須要擁有目標主機的MAC地址才能夠正確地將數據發送給目標主機，那么如何知道目標主機的MAC地址呢？可以通過ARP協議。ARP協議就是用來獲取目標IP地址所對應的MAC地址的，也就是說，ARP協議可以動態地在三層IP地址和二層MAC地址之間建立一種映射關系。可以用如下示意圖來形象表示其作用：
可以看到上面的圖示是把ARP協議劃分到網絡層，也既是認為它是一個網絡層的協議，這是出于它為網絡層的IP協議提供服務而考慮的。但實際上，由于ARP協議用以解析出IP地址（邏輯地址）所對應數據鏈路層中的地址（物理地址/硬件地址），所以把其劃分在數據鏈路層也是沒有問題的，這并沒有嚴格的定義。
我們下面將通過具體的實踐過程來分析四種常見的ARP包：ARP請求包、ARP響應包、無償ARP包與IP地址沖突檢測，同時也會分析一下ARP代理的發生過程。
這里會使用的環境如下：
網絡設備模擬器：GNS3
抓包軟件：Wireshark
1.網絡環境搭建
為了簡潔起見，這里不設置一個較大的網絡環境來滿足前面四種情況ARP包分析的需要，而是在分析不同的ARP情況時分別搭建較小的網絡環境，這樣可以使我們的分析更有針對性。
2.ARP包報文格式
如下：
注意我們關注的是28字節的ARP包，只不過上面的圖還包含了以太網首部字段信息（顯然以太網首部的幀類型為ARP，在分析IP協議時提到過，這是一個數據分用的概念）。
因為對于ARP包的分析，其實我們更關心的應該是ARP請求包、ARP響應包、無償ARP包或者ARP代理相關的知識，而后面的實踐也主要是分類地進行討論。所以下面先給出一個普通ARP包（請求包）的實際結構，然后再給出每一個字段的具體含義（參考了《TCP/IP詳解 卷1：協議》的部分內容），先作一個基本的了解，最后再詳細分析這些包產生的過程：
一個普通ARP包（請求包的實際結構）
ARP包各字段具體含義（對比上面實際抓到的包）
| 字段 | 含義 |
| 硬件類型 | 占16位 表示硬件地址的類型，值為1即表示以太網地址，也就是MAC地址 |
| 協議類型 | 點16位 表示要映射的協議地址類型，值為0x0800即表示IP地址，因為本文都是在IP協議的基礎上進行分析的（即網絡層邏輯地址為IP地址），所以所抓到的包的該字段類型都為0x0800 |
| 硬件地址長度 | 占8位 指出硬件地址的長度，單位為字節，因為本文針對的是以太網，而以太網地址為MAC地址，占48位，即6字節，所以后面抓到的包中該字段的值都為6，不再作特別說明 |
| 協議地址長度 | 占8位 指出三層邏輯地址的長度，單位為字節，因為本文針對的是以太網地址和IP地址的映射，而IP地址占32位，即6字節，所以后面抓到的包中該字段的值都為4，不再作特別說明 |
| 操作字段 | 指出操作類型，對應的值如下：
但因為RARP現在已經很少使用了，所以本文不會討論 |
| 發送端以太網地址 | 占48位 準確上說是“發送端硬件地址”，但因為本文只針對以太網進行討論，所以表述為“發送端以太網地址” |
| 發送端IP地址 | 占32位 準確上說是“發送端網絡層邏輯地址”，但因為本文只針對的是以太網地址和IP地址的映射的討論，所以表述為“發送端IP地址” |
| 目的以太網地址 | 占48位 |
| 目的IP地址 | 占32位 |
3.在實踐中分析ARP的實現過程：ARP請求、ARP響應
（1）網絡環境搭建
本節主要是抓取ARP請求包和ARP響應包來分析ARP請求與響應的一個詳細過程，以及對應ARP包中相關字段的含義，這個實踐的網絡環境比較簡單，如下：
在R1路由器上做如下配置：
R1#conf t R1(config)#int f0/0 R1(config-if)#no shu R1(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0 R1(config-if)#do wr
在R2路由器上做如下配置：
R2#conf t R2(config)#int f0/0 R2(config-if)#no shu R2(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.0 R2(config-if)#do wr
然后在R1路由器上查看arp緩存表：
R1#show arp Protocol Address Age (min) Hardware Addr Type Interface Internet 192.168.1.1 - cc01.127f.0000 ARPA FastEthernet0/0
可以看到arp緩存表中并沒有192.168.1.2的MAC地址，所以如果待會R1發送數據給R2，必然會有ARP請求發生，所以這里請確保R1中確實沒有192.168.1.2的MAC地址，如果有的話，建議重啟兩個路由器。（雖然可以在路由器上執行clear arp-cache來清除arp緩存表，但是清除過后又會馬上生成，所以這里建議直接重啟）
（2）抓取并分析ARP請求包和ARP響應包
首先在R1和R2的鏈路上啟動Wireshark，監測R1的接口。（這是GNS3的功能，可以直接抓取通過兩個路由器之間鏈路的數據包）
在R1上執行如下命令：
Router#ping 192.168.1.2 Type escape sequence to abort. Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.2, timeout is 2 seconds: .!!!! Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 44/62/76 ms
！表示數據發送成功，可以看到第一個是"."，則表示數據發送失敗，這是因為，第一個包在發送時，R1中并沒有192.168.1.2的MAC地址，于是就去發送ARP請求來獲得其MAC地址，但是當獲得MAC地址之后，第一個包已經超時了（等待MAC地址超時），并沒有發送出去，可以看下面抓到的包：
可以看到已經有2個ARP包（1個請求和1回答）和8個ICMP包（4個請求和4個回答），這里我們主要分析的是ARP包。
ARP請求包
數據包結構如下：
字段分析如下：
a.硬件類型、協議類型、硬件地址長度、協議地址長度
這幾個字段的內容跟前面討論的一樣，因為針對的是以太網和IP地址
b.操作字段Opcode
可以看到Opcode的值為request(1)，所以這是一個ARP請求包。
c.發送端以太網地址
我們是從R1向R2發送數據的。
從前面的命令執行結果：
R1#show arp Protocol Address Age (min) Hardware Addr Type Interface Internet 192.168.1.1 - cc01.127f.0000 ARPA FastEthernet0/0
這確實是R1的MAC地址（配置了192.168.1.1 IP地址的接口的MAC地址）。
d.發送端IP地址
發送端也確實是192.168.1.1，也就是R1。
e.目的以太網地址
可以看到這里為全0，在ARP請求包中，會把目的以太網地址字段的值置為全0，因為此時并不知道目的以太網地址是什么（也就是不知道192.168.1.2的MAC地址是多少）。
f.目的IP地址
數據包是從R1發送給R2的，所以目的IP地址就是192.168.1.2，R2收到這個ARP請求包之后，如果看到這個字段的內容是自己的IP地址，就會回復這個ARP包，也就是會發送一個ARP響應包。
其實字段內容并不難理解，不過這里需要注意一點是，查看這個ARP請求包的數據鏈路層的目的MAC地址：
會發現其是一個廣播地址，這也就意味著，發送一個ARP請求包，以太網中的所有主機都能夠收到該ARP請求包，但是并不是所有的主機都會回復這個ARP請求包，只有當接收者的IP地址與ARP請求包中的Target IP address中標識的目的IP地址一致時才會進行回復。
ARP響應包
數據包結構如下：
對比ARP請求包來分析，其實發現并沒有相關多少，只是有以下幾點區別：
a.ARP響應包的操作字段Opcode值為reply(2)
b.ARP響應包的二層目的MAC地址為ARP請求包發送者的MAC地址
也就是說，ARP請求包是以廣播的形式發送的，但ARP則是以單播的形式發送的，那么發給誰呢？ARP請求包是誰發送的，ARP響應包就發給誰，對應的二層目的MAC地址就是ARP請求包發送者的MAC地址
c.發送端以太網地址、發送端IP地址、目的以太網地址、目的IP地址
跟ARP請求包的內容相反，只不過ARP響應包中的所有地址字段的值都是已知的，這個很容易理解，不過需要注意的是，在這個時候，ARP響應包到底要發給誰，已經很明確了，所以ARP響應包是一個單播包。
正如上面看到的，理解常規的ARP請求包和ARP響應包的過程并不復雜，只要知道了網絡通信的基本原理，各個字段的值也就很容易理解了。
4.在實踐中分析ARP的實現過程：無償ARP與IP地址沖突檢測
有償ARP
前面在獲取某個IP地址對應的MAC地址是，都需要先發送一個ARP請求包，然后再通過接收一個ARP響應包來知道該IP地址所對應的MAC地址，因為需要發送ARP請求包，我們可以認為這是“有償”的，即要付出一些代價。
無償ARP
而所謂無償ARP，指的就是，我不需要發送一個ARP請求包，對方就會“無償”地把一個ARP響應包發給我（其實也主是主動發送過來），以此來告訴我它的MAC地址。
（1）網絡環境搭建
但是在總結什么時候對方會主動把一個ARP響應包發送過來之前，我們先實踐一下，網絡環境還是用上面的那個：
不過我們需要修改一下R2的IP地址，修改為192.168.1.252（在這個過程中抓包軟件Wireshark要打開），如下：
R2>en R2#conf t R2(config)#int f0/0 R2(config-if)#ip add 192.168.1.252 255.255.255.0
（2）抓取并分析ARP請求包和ARP響應包
這樣做之后打開Wireshark軟件，會發現抓到下面這樣一個包：
可以看到Info一列，有個Gratutous的標識，中文意思就是“無償，免費”的意思，我們可以查看一下數據包的結構：
通過查看操作字段Opcode的值，其實可以發現，無償ARP其實也是一個ARP響應包（不過普通的ARP響應包是以單播的形式發送的，而無償ARP是以廣播的形式發送的），只不過這個ARP響應包比較特別，它是主動發送的，即它是gratuitous，無償的。
另外需要注意的是，發送端IP地址和目的IP地址是一樣，這正是無償ARP有別于普通ARP響應包的地方，當這個數據包被網絡中的其他主機（顯然我們這里的網絡環境比較簡單，所以只有R1）接收到之后，它會讓這些主機使用新的IP和MAC地址關系更新它們的ARP緩存表。因為這個ARP數據包是未經請求的，即導致客戶端更新ARP緩存，所以會稱為無償ARP。
在分析了無償ARP之后，給出下面的幾種情況，都會有無償ARP過程的發生：
a.更改了設備的IP地址
b.某些操作系統在啟動完成之后就會發送無償ARP（Windows和Linux都會）
（3）IP地址沖突檢測
再分析一下，無償ARP有什么好處呢？如下：
a.可以讓以太網中的主機及時地更新其ARP緩存表，這樣可以確保在數據發送時可以準確地封閉正確的地址信息
b.檢測IP地址是否有沖突
關于這一點，可以給R2重新配置一個IP地址，并且與R1的相同：
R2>en R2#conf t R2(config)#int f0/0 R2(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0
幾乎馬上就可以在R1和R2的控制臺上看到錯誤日志的輸出：
R1> *Mar 1 00:54:39.007: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 *Mar 1 00:55:09.043: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 *Mar 1 00:55:39.739: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 *Mar 1 00:56:10.011: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 *Mar 1 00:56:40.715: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 *Mar 1 00:57:10.947: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc02.1a18.0000 R2(config-if)# *Mar 1 00:45:48.135: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:46:18.623: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:46:48.927: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:47:19.651: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:47:49.959: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:48:21.623: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000 *Mar 1 00:48:51.919: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.1.1 on FastEthernet0/0, sourced by cc01.127f.0000
這里因為在修改了R2的IP地址時，它發送了無償ARP包，R1通過檢查發現其IP地址跟自己的一樣，于是就會在控制臺上報錯，但是R2為什么又會報錯呢？因為在R1發現地址有沖突時，也發送了表示IP地址沖突的無償ARP包，如下：
注意這是一個廣播包，所以R2必然也能收到，查看它的包結構：
根據數據包的內容，R2也知道發生了IP地址沖突，所以也就會在控制臺上輸出錯誤日志了。
4.在實踐中分析ARP的實現過程：ARP代理
如果ARP請求是從一個網絡的主機發往另一個網絡上的主機，那么連接這兩個網絡的路由器就可以回答這個請求，這個過程就稱為ARP代理。這是非常精簡和通俗易懂的解釋，我們可以通過下面的實踐來進行體會。
（1）網絡環境搭建
如下：
在前面的基礎上，R1增加如下配置：
R1>en R1#conf t R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f0/0
R2增加如下配置：
R2>en R2#conf t R2(config)#int f1/0 R2(config-if)#no shu R2(config-if)#ip add 192.168.2.2 255.255.255.0 R2(config-if)#do wr
R3則配置如下：
R3>en R3#conf t R3(config)#int f0/0 R3(config-if)#no shu R3(config-if)#ip add 192.168.2.3 255.255.255.0 R3(config-if)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f0/0 R3(config-if)#do wr
（2）抓取ARP包并分析ARP代理過程
在R1和R2的鏈路上啟動Wireshark，然后在R1上執行如下命令：
R1#ping 192.168.2.3 Type escape sequence to abort. Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.2.3, timeout is 2 seconds: ...!! Success rate is 40 percent (2/5), round-trip min/avg/max = 36/50/64 ms
即R1給R3發送數據，我們查看抓到的包：
再分別查看詳細的包結構：
ARP請求包
可以看到ARP請求包跟平常一樣，并沒有什么區別，即R1希望知道192.168.2.3的MAC地址。
ARP響應包
看起來普通的ARP響應包也沒有什么區別，其實真的是沒有什么區別，但不妨在R2上執行下面的命令，查看一下ARP緩存表：
R2#sh arp Protocol Address Age (min) Hardware Addr Type Interface Internet 192.168.1.1 3 cc01.127f.0000 ARPA FastEthernet0/0 Internet 192.168.2.2 - cc02.1a18.0010 ARPA FastEthernet1/0 Internet 192.168.2.3 3 cc03.2327.0000 ARPA FastEthernet1/0 Internet 192.168.1.2 - cc02.1a18.0000 ARPA FastEthernet0/0
在這個ARP緩存表中，192.168.2.3對應的MAC地址是cc03.2327.0000，并不是上面看到的數據包結構中的cc02.1a18.0000！！！cc02.1a18.0000是192.168.1.2對應的MAC地址！！！可以分析如下：
拓展1： R1想要知道192.168.2.3的MAC地址，于是發送ARP請求包，但很顯然，192.168.2.3跟192.168.1.1并不在同一個網絡中；當192.168.1.2接口接收到這個ARP請求包時，R2發現雖然192.168.2.3并不是自己，但是它可以到達192.168.2.3所在的網絡，即192.168.2.0/24這個網絡，于是它就向R1發回了一個ARP響應包，告訴R1，192.168.2.3的MAC地址是自己（即配置了192.168.1.2的接口的MAC地址）。雖然這是一種“謊言”，但由于這樣做確實是可以幫R1把數據發送到R3，所以有時候我們也把ARP代理稱作“善意的謊言”。 拓展2： 這也意味著，即使R1知道192.168.2.3跟自己在不同的網絡，它也不會直接就說去請求網關的MAC地址（雖然最終數據肯定是先發往網關的），而是還會像平常請求同網段IP地址的MAC地址一樣，去發送一個普通的ARP請求，這點尤其需要注意。 拓展3： 我們說，如果數據是發往不同的網絡的，那么應該先把數據發給網關，那么上面為什么不是這樣的呢？那是因為，我在配置R1的默認路由時，是以出接口的方式進行配置的，那也就意味著，并沒有所謂的網關，即不知道網關是誰，既然如果，R1又怎么能夠直接去請求網關的MAC地址呢？對它來說，根本就沒有網關！但是又因為配置了默認路由，去往未知網絡的數據都直接從1.1的接口發送出去，所以它是直接去請求目的IP地址的MAC地址，然后才有了后來的ARP代理過程的發生。當然，如果配置的是網關（在思科路由器上的配置是：ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳即網關地址），則會按照正常的流程走，即沒有代理ARP過程的發生。 這一點對于數據轉發的深入理解是非常重要的，當然，如果覺得難以理解的，也不用太擔心，這個需要一定時間的積累，同時自己也要注重思考，在實際的學習過程當中不能囫圇吞棗，要想有深入的理解，就必須要做深入的分析。 |
那么通過上面的實踐過程和分析之后也就非常清楚什么是ARP代理了。即如果ARP請求是從一個網絡的主機發往另一個網絡上的主機，那么連接這兩個網絡的路由器就可以回答這個請求，這個過程就稱為ARP代理。
“ARP協議怎么使用”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！
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