6. 地址解析协议

1. 地址映射

网络层，主机和路由器通过逻辑地址识别的。逻辑地址的管辖范围是全局唯一的，它通常在软件中实现。物理层，主机和路由器通过物理地址识别的。物理地址的管辖范围是本地网络的，本地范围唯一而全局上没有要求。物理地址通常在硬件上实现。例如以太网协议中48位的MAC地址，被写入安装在主机或路由器的网络接口卡

物理地址和逻辑地址是两种不同的标识符。一个物理网络可以同时为使用两种不同协议的网络层提供服务，如IP和IPX。同样网络层的分组可以通过不同的物理网络，如以太网和LocalTalk网。意味着把一个分组交付到主机或路由器需要用到两级地址：逻辑地址和物理地址。我们需要把逻辑地址映射为相应的物理地址，反之亦然。这样的映射可以通过静态映射或动态映射完成

1.1 静态映射

静态映射需要创建一张表，关联逻辑地址和物理地址。这张表存储在网络中的每一台机器上。但是这样存在一些局限性，因为物理地址可能因为某些原因发生变化：a.一台机器可能更换NIC b.某些局域网如LocalTalk，每当计算机加电时，物理地址都需要改变一次 c.移动电脑可以从一个物理网络转移到另一个物理网络，会引起物理地址的改变。要完成上述变化，静态映射表必须定期更新，进而影响网络的性能

1.2 动态映射

动态映射时，每次只要主机知道另一台主机或路由器的逻辑地址，可以使用协议找出相应的物理地址。已经设计实现了动态映射的协议有两个：地址解析协议和逆地址解析协议。ARP把逻辑地址映射为物理地址，RARP把物理地址映射为逻辑地址

2. ARP协议

ARP接受来自IP协议的逻辑地址，映射为相应的物理地址，然后再把物理地址递交给数据链路层

任何时候，主机或路由器需要找出网络上另一个主机或路由器的物理地址时，它可以发送一个ARP查询分组。分组包含发送方的物理地址和逻辑地址、接收方的逻辑地址。因为发送方不知道接收方的物理地址，所以查询分组会在网络上进行广播。网络上的每一台主机或路由器都会接收并处理ARP查询分组，但只有期待的接收方才能认出是自己的逻辑地址，并返回一个ARP响应分组。响应分组包含接收方的逻辑地址和物理地址。这个分组利用收到的查询分组中的物理地址以单播方式直接发送给查询者

2.1 分组格式

硬件类型：16bit用来定义运行ARP的网络的类型，如以太网类型为1。ARP可用在任何物理网络上。协议类型：16bit定义使用的协议，如IPv4协议字段值是080016。ARP可用于任何高层协议。硬件长度：8bit用来定义物理地址的长度，以字节为单位。协议长度：8bit用来定义逻辑地址的长度，以字节为单位。操作：16bit用来定义分组的类型，包括ARP请求和ARP回答。发送方硬件地址：一个可变长度字段，用来定义发送方的物理地址。发送方协议地址：一个可变长度字段，用来定义发送方的逻辑地址。目标硬件地址：一个可变长度字段，用来定义目标的物理地址。目标协议地址：一个可变长度字段，用来定义目标的逻辑地址

2.2 封装

ARP分组直接封装在数据链路帧中。帧的类型字段指出帧所携带的数据是ARP分组

2.3 操作

典型的互联网ARP处理过程包括7个步骤：A.发送方知道目标IP地址 B.IP请求ARP创建一个ARP请求报文，填入发送方的物理地址、发送方IP地址和目标IP地址，目标物理地址字段全部填入0 C.报文递交给数据链路层，封装成帧，以发送方物理地址作为源地址，以物理广播地址作为目的地址 D.每个主机或路由器收到广播帧，除了目标主机之外，其它所有主机都丢弃分组 E.目标主机用ARP回答报文进行回答，报文中包含物理地址，使用单播方式 F.发送方收到回答报文 G.给目标主机数据的IP数据报封装成帧，使用单播方式发送到终点。注意：ARP请求采用广播发送；APR回答采用单播发送

四种不同情况