2. 网络基础理论 - ARP

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2023-12-01

链路层通信根据48bit以太网地址（硬件地址）来确定目的接口，而地址解析协议负责32bit IP地址与48bit以太网地址之间的映射：

（1）ARP负责将IP地址映射到对应的硬件地址
（2）RARP负责相反的过程，通常用于无盘系统。

ARP高速缓存

ARP高效运行的关键是每台主机上都有一个ARP高速缓存，缓存中每一项的生存时间一般为20分钟，但不完整表项超时时间一般为3分钟（如192.168.13.254）。

# arp -a
? (192.168.0.16) at 00:1b:21:b9:9f:d4 [ether] on eth0
? (192.168.0.6) at 00:1b:21:b9:9f:d4 [ether] on eth0
? (192.168.13.233) at 00:16:3e:01:7a:b2 [ether] on eth0
? (192.168.13.254) at <incomplete> on eth0

可以通过arp命令来操作ARP高速缓存：

arp 显示当前的ARP缓存列表。
arp -s ip mac 添加静态ARP记录，如果需要永久保存，应该编辑/etc/ethers文件。
arp -f 使/etc/ethers中的静态ARP记录生效。

ARP分组格式

ARP - 图1

其中：

ARP协议的帧类型为0x0806
硬件类型：1表示以太网地址
协议类型：0x800表示IP协议
硬件地址长度：值为6
协议地址长度：值为4
op：1为ARP请求，2为ARP应答，3为RARP请求，4为RARP应答
对于ARP请求来说，目的端硬件地址为广播地址，由ARP相应的主机填入。

一个完整ARP请求应答的抓包：

# tcpdump -e -p arp -n -vv
21:08:10.329163 00:16:3e:01:79:43 > ff:ff:ff:ff:ff:ff, ethertype ARP (0x0806), length 42: Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Request who-has 192.168.14.23 tell 192.168.13.43, length 28
21:08:10.329626 00:16:3e:01:7b:17 > 00:16:3e:01:79:43, ethertype ARP (0x0806), length 60: Ethernet (len 6), IPv4 (len 4), Reply 192.168.14.23 is-at 00:16:3e:01:7b:17, length 46

ARP代理

当向位于不同网络的主机发送ARP请求时，由两个网络之间的路由器响应该ARP请求，这个过程称为ARP代理。

ARP代理也称为混合ARP：通过两个网络之间的路由器可以互相隐藏物理网络。

免费ARP

主机发送ARP请求查找自己的IP地址。通常有两个用途：

（1）确认网络中是否有其他主机设置了相同的IP地址；
（2）当主机的物理地址改变了，可以通过免费ARP更新更新路由器和其他主机中的高速缓存。

RARP

RARP通常用于无盘系统，无盘系统从物理网卡上读到硬件地址后，发送一个RARP请求查询自己的IP地址。
RARP的协议格式：与ARP协议一致，只不过帧类型代码为0x8035
RARP使用链路层广播，这样阻止了大多数路由器转发ARAP请求，只返回很小的信息，即IP地址。