地址解析協定（英語：Address Resolution Protocol，縮寫：ARP）是一個通過解析網絡層地址來找尋數據鏈路層地址的網絡傳輸協定，它在IPv4中極其重要。ARP最初在1982年的RFC 826（徵求意見稿）[1]中提出並納入互聯網標準STD 37。ARP也可能指是在多數作業系統中管理其相關地址的一個行程。
ARP是通過網路地址來定位MAC地址。 ARP已經在很多網絡層和資料鏈結層之間得以實現，包括IPv4、Chaosnet、DECnet和Xerox PARC Universal Packet（PUP）使用IEEE 802標準， 光纖分散式數據介面， X.25，幀中繼和非同步傳輸模式（ATM），IEEE 802.3和IEEE 802.11標準上IPv4佔了多數流量。
在IPv6中鄰居發現協定（NDP）用於代替地址解析協定（ARP）。
基本功能
在乙太網路協定中規定，同一區域網絡中的一台主機要和另一台主機進行直接通信，必須要知道目標主機的MAC地址。而在TCP/IP協定中，網絡層和傳輸層只關心目標主機的IP位址。這就導致在乙太網路中使用IP協定時，數據鏈路層的乙太網路協定接到上層IP協定提供的數據中，只包含目的主機的IP位址。於是需要一種方法，根據目的主機的IP位址，獲得其MAC地址。這就是ARP協定要做的事情。所謂地址解析（address resolution）就是主機在傳送幀前將目標IP位址轉換成目標MAC地址的過程。
另外，當傳送主機和目的主機不在同一個區域網絡中時，即便知道對方的MAC地址，兩者也不能直接通信，必須經過路由轉發才可以。所以此時，傳送主機通過ARP協定獲得的將不是目的主機的真實MAC地址，而是一台可以通往區域網絡外的路由器的MAC地址。於是此後傳送主機發往目的主機的所有幀，都將發往該路由器，通過它向外傳送。這種情況稱為委託ARP或ARP代理（ARP Proxy）。
在對等鏈路中不使用ARP，實際上在對等網絡中也不使用MAC地址，因為在此類網絡中分別已經取得了對端的IP位址。
封包結構
地址解析協定的訊息格式很簡單，僅包含單一的地址解析請求或響應。ARP 訊息的長度取決於上下兩層地址的大小，上層地址由所使用的網絡協定類型（通常是 IPv4）決定，下層地址則由上層協定所使用的硬件或虛擬鏈路層的類型決定。訊息的報頭中包含了這些類型以及對應的地址長度資訊，此外還包含了表示請求（1）和應答（2）的操作碼。封包的有效負載為收發雙方的硬件地址、協定地址，總計四個地址。
為了把IP位址對映到48位元乙太網路地址用於傳輸，需要一個體現地址轉換協定的包格式。
乙太網路鏈路層
- 目標乙太網路地址：目標MAC地址。FF:FF:FF:FF:FF:FF （二進制全1）為廣播地址。
- 源乙太網路地址：傳送方MAC地址。
- 幀類型：以太類型，ARP為0x0806。
乙太網路報文數據
- 硬件類型：如乙太網路（0x0001）、分組無線網。
- 協定類型：如網際協定(IP)（0x0800）、IPv6（0x86DD）。
- 硬件地址長度：每種硬件地址的位元組長度，一般為6（乙太網路）。
- 協定地址長度：每種協定地址的位元組長度，一般為4（IPv4）。
- 操作碼：1為ARP請求，2為ARP應答，3為RARP請求，4為RARP應答。
- 源硬件地址：n個位元組，n由硬件地址長度得到，一般為傳送方MAC地址。
- 源協定地址：m個位元組，m由協定地址長度得到，一般為傳送方IP位址。
- 目標硬件地址：n個位元組，n由硬件地址長度得到，一般為目標MAC地址。
- 目標協定地址：m個位元組，m由協定地址長度得到，一般為目標IP位址。
報文格式
| 長度(位) | 48 | 48 | 16 | 16 | 16 | 8 | 8 | 16 | 48 | 32 | 48 | 32 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 資料類型 | 目標乙太網路地址 | 源乙太網路地址 | 幀類型 | 硬件類型 | 協定類型 | 硬件地址長度 | 協定地址長度 | 操作碼 | 源硬件地址 | 源協定地址 | 目標硬件地址 | 目標協定地址 |
| 組成 | 14位元組 乙太網路首部 | 28位元組 ARP請求/應答 | ||||||||||
原理
在每台安裝有TCP/IP協定的電腦或路由器里都有一個ARP快取表，表裏的IP位址與MAC地址是一對應的，如下表所示。
| 主機名稱 | IP位址 | MAC地址 |
|---|---|---|
| A | 192.168.38.10 | 00-AA-00-62-D2-02 |
| B | 192.168.38.11 | 00-BB-00-62-C2-02 |
| C | 192.168.38.12 | 00-CC-00-62-C2-02 |
| D | 192.168.38.13 | 00-DD-00-62-C2-02 |
| E | 192.168.38.14 | 00-EE-00-62-C2-02 |
| ... | ... | ... |
以主機A（192.168.38.10）向主機B（192.168.38.11）傳送數據為例。
- 當傳送數據時，主機A會在自己的ARP快取表中尋找是否有目標IP位址。如果找到就知道目標MAC地址為（00-BB-00-62-C2-02），直接把目標MAC地址寫入幀裏面傳送就可。
- 如果在ARP快取表中沒有找到相對應的IP位址，主機A就會在網絡上傳送一個廣播（ARP request），目標MAC地址是「FF.FF.FF.FF.FF.FF」，這表示向同一網段內的所有主機發出這樣的詢問：「192.168.38.11的MAC地址是什麼？」
- 網絡上其他主機並不響應ARP詢問，只有主機B接收到這個幀時，才向主機A做出這樣的回應（ARP response）：「192.168.38.11的MAC地址是00-BB-00-62-C2-02」，此回應以單播方式。這樣，主機A就知道主機B的MAC地址，它就可以向主機B傳送資訊。同時它還更新自己的ARP高速緩衝記憶體（ARP cache），下次再向主機B傳送資訊時，直接從ARP快取表裏尋找就可。
ARP快取表採用老化機制，在一段時間內如果表中的某一行沒有使用，就會被刪除，這樣可減少快取表的長度，加快查詢速度。
免費ARP（gratuitous ARP），他是指主機傳送ARP查詢（廣播）自己的IP位址，當ARP功能被開啟或者是埠初始組態完成，主機向網絡傳送免費ARP來查詢自己的IP位址確認地址唯一可用。作用：
- 確定網絡中是否有其他主機使用了IP位址，如果有應答則產生錯誤訊息。
- 免費ARP可以做更新ARP快取用，網絡中的其他主機收到該廣播則在快取中更新條目，收到該廣播的主機無論是否存在與IP位址相關的條目都會強制更新，如果存在舊條目則會將MAC更新為廣播包中的MAC。
參考資料
- ↑ David C. Plummer. RFC 826, An Ethernet Address Resolution Protocol -- or -- Converting Network Protocol Addresses to 48.bit Ethernet Address for Transmission on Ethernet Hardware. Internet Engineering Task Force, Network Working Group. November 1982 [2017-09-14].
另見
外部連結
- RFC 826：ARP協定
- RFC 826：乙太網路地址轉換協定或轉換網絡協定地址（中文）