1. ARP（Address Resolution Protocol）即地址解析协议， 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OSI模型从上到下进行数据封装，当数据封装完整后，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。

一问一答

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？

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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，然后发送出去，这里以PC1 ping PC2的过程举例:

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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？

当我们令PC1去ping ip2时，此时PC1便有了通信需要的源、目的IP地址，但是PC1缺少通信需要的目的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，那么如何获取到PC2的MAC地址呢？

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PC1和PC2进行了一次ARP请求和回复过程，通过交互，PC1便具备了PC2的MAC地址信息。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，如下:

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ARP缓存表同样具有时效性，并且如果设备重启的话，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。s

广播请求单播回应

实际网络中，一个LAN可能有几十上百的主机：

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  1. ARP协议就需要采用以太网的"广播"功能：将请求包以广播的形式发送，交换机或WiFi设备（无线路由器）收到广播包时，会将此数据发给同一局域网的其他所有主机。

  2. PC1发送的请求广播包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。

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  3. ARP请求是通过广播方式来实现的，那么，PC2返回ARP回应包，是否也需要通过广播来实现呢？答案是否定的。大部分网络协议在设计的时候，都需要保持极度克制，不需要的交互就砍掉，能合并的信息就合并，能不用广播就用单播，以此让带宽变得更多让网络变得更快。 ARP请求包的完整信息是：我的IP地址是IP1，MAC地址是MAC1，请问谁是PC2，你的IP2对应的MAC地址是多少？即**ARP请求首先有"自我介绍"，然后才是询问**，因此PC2在收到请求之后，就可以将PC1的IP和MAC映射信息存储在本地的【ARP缓存表】，既然知道PC1在哪里，就可以返回ARP单播回应包。

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ARP 数据包

ARP 请求包

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ARP 响应包

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ARP 协议字段解读

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从功能来看，ARP协议的功能最终是获取到MAC信息，服务于链路层，ARP是链路层协议；

从层次来看，ARP协议和IP协议都基于Ethernet协议，它们在Ethernet协议里面有独立的Type类型，前者是0x0806，后者是0x0800，ARP是网络层。

ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题，如果所要找的目标设备和源主机不在同一个局域网上。

<1> 此时主机 A 就无法解析出主机 B 的硬件地址（实际上主机 A 也不需要知道远程主机 B 的硬件地址）;

<2> 此时主机A需要的是将路由器R1的IP地址解析出来，然后将该IP数据报发送给路由器R1.

<3> R1从路由表中找出下一跳路由器R2，同时使用ARP解析出R2的硬件地址。于是IP数据报按照路由器R2的硬件地址转发到路由器R2。

<4> 路由器R2在转发这个IP数据报时用类似方法解析出目的主机B的硬件地址，使IP数据报最终交付给主机B.

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  1. 最初h2会通过将自己和h3的ip地址同子网掩码与运算得知：自己和h3在同一网段，可直接通信； 2.h2对数据包二层封装时，发现自己并不知道h3的mac地址，于是发送ARP广播包； 3.switch收到arp广播包后，由于没有流表，于是它向控制器发送packet_in消息； 4.控制器收到packet_in后，向switch发送packet_out,并下发流表给switch让它将数据包从除2端口以外的其他所有端口发送； 5.h3收到arp数据包后，在数据包里添加上自己的mac地址； 6.switch收到h3的arp包，由于没有流表项，于是向控制器发送packet_in消息； 7.控制器学习到h3的mac和ip地址，向switch发送packet_out消息并下发h3到h2的流表项； 8.h2知道了h3的mac地址，完成icmp包的封装，就向h3发包了； 9.由于switch没有h2->h3的流表项，所以它还是会向控制器发送packet_in； 10.控制器发送packet_out给switch并下发h2->h3的流表；至此h2和h3就能不通过控制器只通过switch直接通信啦！

合法性检查

无效情况: 源 ip 地址为全 0 或为广播、组播；源 Mac 地址为全 0 或为组播地址。

组播Mac地址判断

以太网定义的48位MAC地址中，第一个字节的最低位为'1'代表组播MAC地址。

1if (mac[0] & 0x01) == 0x1 {
2		return true
3}