自学网络安全day5

一、概述

①ARP（Address Resolution Protocol）即协议解析协议，用于实现从IP地址到MAC地址的映射，即询问目标IP对应的MAC地址。

②在网络通信中，主机和主机通信的数据包需要依据封装完整后，再向外发出。所以在局域网的通信中，不仅需要源目IP地址的封装，也需要源目MAC的封装。

③一般情况下，上层应用程序更多关心IP地址而不关心MAC地址，所以需要通过ARP协议来获知目的主机的MAC地址，完成数据封装。

二、原理

同一个局域网里面，当PC1需要跟PC2进行通信时，此时PC1是如何处理的？

根据OSI数据封装顺序，发送方会自顶向下（从应用层到物理层）封装数据，然后送出去

PC ping PC2

PC1封装数据并且对外发送数据时，上图中出现了“failed”，即数据封装失败了，为什么？我们给PC1指令“ping ip2”，这就告知了目的ip，此时PC1便有了通信需要的源目IP地址，但是PC1仍然没有通信需要的目的MAC地址。这就好比我们要寄一个快递，如果在快递单上仅仅写了收件人的姓名（IP），却没有写收件人的地址（MAC），那么这个快递就没法寄出，因为信息不完整。

那么，现在PC1已经有了PC2的IP地址信息，如何获取到PC2的MAC地址呢？此时，ARP协议就派上用场了。

通过第三和第四步骤，我们看到PC1和PC2进行了一次ARP请求和回复过程，通过这个交互过程，PC1具备了PC2的MAC地址信息。接下来PC1会怎么做呢？在真正进行通信之前，PC1还会将PC2的MAC信息放入本地的【ARP缓存表】，表里面放置了IP和MAC地址的映射信息。例如IP2←→MAC2.接下来，PC1再次进行数据封装，正式进入ping通信。

小结：经过上面六个步骤的处理，PC1终于把数据包发送出去了，之后便可以进行正常的通信了。看到了吧，ARP的功能和实现过程是如此的简单：它在发送方需要目标MAC地址时及时出手，通过“一问一答”的方式获取到特定IP对应的MAC地址，然后存储到本地【ARP缓存表】，后续需要的话，就到这里查找。既然是“缓存”表，意味着它有时效性，并且如果电脑或者通信设备重启的话，这张表就会清空；也就是说，如果下次需要通信，又需要进行ARP请求。

在我们的windows/macos系统下，可以通过命令行“arp -a”查看具体信息。

“arp -d”清空ARP表项。

三、ARP原理之广播请求单播回应

实际网络中的LAN可能有几十上百的主机，那么PC1如何将这个【ARP请求包】顺利交给PC2，而PC2又如何顺利把【ARP回应包】返回给PC1？

广播包：全F，ff：ff：ff：ff：ff：ff

PC1发送的请求广播同时被其他主机收到，然后PC3和PC4收到之后（发现不是问自己）则丢弃。而PC2收到之后，根据请求包里面的信息（有自己的IP地址），判断是给自己的，所以不会做丢弃动作，而是返回ARP回应包。

ARP回应包如何处理的？

ARP请求包的完整信息是：我的IP地址是IP1，MAC地址MAC1，请问谁是PC2，你的IP2对应的MAC地址是多少？

ARP请求首先有“自我介绍”，然后才是询问。PC2在收到请求之后，就可以将PC1的IP和MAC映射存储在本地的【ARP缓存表】，既然知道PC1在哪里，就可以返回ARP单播回应包。

小结：ARP协议通过“一问一答”实现交互，但是“问”和“答”都有讲究，“问”是通过广播形式实现，“答”是通过单播形式。

四、ARP协议字段解读

Hardware type：硬件类型，标识链路层协议

Protocol type：协议类型，标识网络层协议

Hardware size：硬件地址大小，标识MAC地址长度，这里是6个字节（48bit）

Protocol size:协议地址大小，标识IP地址长度，这里是4个字节（32bit）

Opcode：操作代码，标识ARP数据包类型，1表示请求，2表示回应

Sender MAC address:发送者MAC

Sender IP address：发送者IP

Target MAC address：目标MAC，此处全0表示在请求

Target IP address：目标IP