地址解析协议（）

10.2.3　地址解析协议（ARP）

上面介绍的IP地址方案是为主机和路由器指定的高级协议地址。由于这些IP地址是由软件负责维护的，因此它们只是一些虚的地址。也就是说，局域网或广域网并不知道一个IP地址的网络编号与一个网络的关系，也不知道一个IP地址的主机编号与一台计算机的关系。更为重要的是，想通过一个物理网络进行传送的帧必须含有目的地的硬件地址。因而，协议软件在发送一个包之前，必须先将目的地的IP地址翻译成等价的硬件地址，即介质访问控制（MAC）地址。

图10.8　IP地址分配示例

将一台计算机的IP地址翻译成等价的硬件地址的过程称为地址解析。地址解析是一个网络内的局部过程，即一台计算机能够解析另一台计算机地址的充要条件是两台计算机都连在同一物理网络中，一台计算机无法解析远程网络上的计算机的地址。

为使所有计算机对用于地址解析的消息的精确格式和含义达成一致，TCP/IP协议系列的地址解析协议（ARP）定义了两类基本的消息：一类是请求，另一类是应答。一个请求消息包含一个IP地址和对相应硬件地址的请求；一个应答消息既包含发来的IP地址，也包含相应的硬件地址。

ARP标准精确规定了ARP消息怎样在网上传递。协议规定：所有ARP请求消息都直接封装在LAN帧中，广播给网上的所有计算机，每台计算机收到这个请求后都会检测其中的IP地址，与IP地址匹配的计算机发送一个应答，而其他计算机则会丢弃收到的请求，不发送任何应答。

用邮政系统来说明路由器和ARP如何联合操作将会很有帮助。假设要将一封信或便条送到由一位教师负责教室中的20个学生中的一个，教师并不知道每个人的名字。信件上有学生的名字（等同于IP地址），教师就像一个路由器，而教室是一个广播域（就像大多数LAN一样）。教师念信封上的名字（目的IP地址），谁是XXX？（类似ARP请求），每个人都听到这个请求，但只有XXX认为名字匹配（IP地址匹配），XXX回答。这样就标识出了XXX的物理地址（硬件地址），随后教师就可以将信件（报文）转送到正确的目的地。

ARP协议的工作方式与上述邮政系统类似，路由器有一个IP报文要发送给LAN段上多个系统中的某个主机，路由器则必须先发送一个广播报文来得到目的地的介质访问控制（MAC）地址，图10.9的以太网通过路由器互连说明了这个操作过程。第一步是路由器发送广播ARP请求报文（谁是172.16.1.209），只有一个计算机系统有与之匹配的IP地址，并在第二步发出ARP应答（我是172.16.1.209，MAC地址为0008.0001.9A.1D）。注意，这里ARP请求报文是广播式的，而ARP应答是指定送给路由器的，非广播式。

图10.9　地址解析协议（ARP）

在图8.5的IP层中还包含一个反向地址解析协议（RARP），它是ARP的功能扩充，规定了从硬件地址到等价的IP地址的翻译过程。