ARP协议

地址解析协议（Address Resolution Protocol），其基本功能为透过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。它是IPv4中网络层必不可少的协议，不过在IPv6中已不再适用，并被邻居发现协议（NDP）所替代。比如当边界路由器收到一个数据报时，此时只有本网段内目标主机的 IP 地址，而不知道主机的MAC地址，此时就需要使用ARP协议，根据目标主机的IP地址解析出MAC地址，然后将该数据包交付给目标主机。

RARP协议

逆地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP），是一种网络协议，互联网工程任务组（IETF）在RFC903中描述了RARP[1]。RARP使用与ARP相同的报头结构，作用与ARP相反。RARP用于将MAC地址转换为IP地址。其因为较限于IP地址的运用以及其他的一些缺点，因此渐为更新的BOOTP或DHCP所取代。

与MAC帧的关系

我们知道根据TCP/IP网络分层结构，ARP以及RARP也和IP协议一样是在网络层，也就是说要依赖下层协议来为它提供服务。根据文章以太网帧结构，可以知道以太网数据部分最小长度为46字节，而当ARP或RARP协议作为数据的时候，由于不够以太网数据的最小长度，所以需要填充字节。在看ARP和RARP协议之前要记住一点，这两者的的报文结构是相同的，在使用的时候，会有一个一段区分使用的是ARP还是RARP。

报文结构

报文结构图

ARP协议与RARP协议

报文数据介绍：

硬件协议地址：占16位，用来标识链路层网络类型，如以太网（0x0001），分组无线网。
协议类型：占16位，用来标识是 IPV4（0x8000）还是 IPV6（0x86DD）。
硬件地址长度：占8位，每种硬件地址的字节长度，一般为6（以太网），如网卡的MAC地址。
协议地址长度：占8位，IP地址长度，IPV4 为四字节32位， IPV6 位 16字节128位。
操作符：占16位，1为ARP请求，2为ARP应答，3位RARP请求，4位RARP应答。
源硬件地址：占48位，发送方的MAC地址。
源协议地址：一般为32位，表示发送方的IP地址。
目标硬件地址：可以理解为接收方MAC地址。
目标协议地址：接收方IP地址，一般为32位。

使用ARP协议的四种典型情况

（1）发送方是主机，要把 IP 数据发送到本地网络上的另一个主机。这时用ARP获取目的主机的MAC地址。
（2）发送方是主机，要把 IP 数据发送到另一个网络上的一个主机，这时需要使用ARP获取路由器的MAC地址，将数据发送到路由器，由路由器完成在不同路由器之间跨越网络的数据传输此时处于（4）情形，当到达目标网络的路由器时，处于（3）的情形。
（3）发送方是路由器，需要把 IP 数据发送到本地网络上的一个主机，这时用 ARP 找到目标主机的 IP地址。
（4）发送方是路由器，需要把 IP 数据包转发到另一个网络的主机。这时用 ARP找到去往该主机的下一跳路由器，之后的工作由下一个路由器完成。

ARP高速缓冲（ARP cache）

每一个主机或路由器都动态维护一张 ARP映射表，路面有与它相连设备的 IP 地址到硬件地址的映射关系。维护该缓冲的目的是，减少网络上广播数据的通信量，提高转发效率。在Windows或者Linux都可以查看arp表arp -a。