地址解析协议ARP与逆地址解析协议RARP

Posted 2020-12-02 mini-coconut

IP地址是用来通信的，但是和硬件地址是有区别的。物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层及以上各层使用的地址。

发送数据时，数据从高层向下层传输，使用IP地址的IP数据报交给下层的数据链路层，就会被封装为MAC帧。IP数据报的首部存放着IP地址，包括源地址和目的地址。MAC帧的首部存放着物理地址，在数据链路层看不到数据报的IP地址。

在通信过程中，不管网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传输数据必须使用硬件地址。

IP地址有32位，MAC地址有48位，它们之间不存在简单的映射关系，在网络中，经常会出现加入新主机，撤走主机，以及更换网卡，这些都会使主机的硬件地址发生改变，在主机中存放IP-MAC的映射表，应该要经常动态更新，实现起来很繁琐。

我们如何简便地实现IP地址到物理地址的转换呢，地址解析协议ARP很好地解决了上述问题。

首先，每个主机上都应该设有一个ARP高速缓存，存放着所在的局域网上的各主机IP地址和其物理地址的映射表。那么这些映射表是如何来的呢？

当主机A想向本局域网上的主机B发送IP数据报，那么先在ARP高速缓存中查找主机B的IP地址，如果有，就对应出主机B的硬件地址，将地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。

如果在ARP高速缓存中没有找到主机B的IP地址，有可能是主机B刚刚入网，或者主机A刚刚上电，高速缓存是空的。这个时候主机A就自动运行ARP，然后按照一定步骤来获取主机B的物理地址。

（1）ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP分组请求。主要内容包括自己的物理地址和IP地址，以及主机B的IP地址。

（2）本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都会收到这个ARP分组请求

（3）主机B在分组请求中看到自己的IP地址后，就向A发送ARP分组响应，写入自己的物理地址。并将A的IP地址和物理地址的映射写入自己的ARP缓存中，以便自己向主机A发送数据。其余所有的主机虽然收到但是不理睬A的这个分组请求。另外这个分组响应是普通的单播，即从一个源地址发送到一个目的地址。

（4）主机A收到B的分组响应后，将主机B的IP地址和MAC地址的映射写入自己的ARP高速缓存中

 

注意：ARP高速缓存中的映射表是有生存时间的，一般设为10-20分钟。超过生存时间就会被删除。那是因为，会出现其中一个主机的网卡坏了，立即更新了一块，这样该主机的硬件地址就变了，如果映射表没变的话，已经存储的其他主机还按照原来的物理地址来寻找它，自然就找不到了。有了生存时间，如果在高速缓存中找不到，再次广播就好了。

 

逆地址协议RARP是使只知道自己硬件地址的主机能够知道自己的IP地址。一般是无盘工作站，它都是只要运行ROM中的文件传送代码，就能用下行装载的方法从局域网的其他主机上得到所需的操作系统和TCP/IP通信软件，但这些软件中没有IP地址。要通过运行ROM中的RARP来获得IP地址

为了能使RARP工作，在局域网上至少要有一个主机充当RARP服务器，无盘工作站先向局域网发生RARP分组请求，并在此分组中给出自己的硬件地址。RARP服务器上有一个事先做好的从无盘工作站的硬件地址到IP地址的映射表，当收到RARP分组请求后，RARP服务器就从这映射表查出该无盘工作站的IP地址。然后写入RARP分组响应，发回给无盘工作站。无盘工作站用此方法获得自己的IP地址。