第四章 ARP：地址解析协议虽然数据链路层的第一道关卡是 MAC 地址，但基于 TCP/IP 的网络主要使用 IP 地址来标识主机而不使用 MAC 地址。比如要连接到别人的电脑或拷贝共享文件，一般会说：“告诉我你电脑的 IP”，而不是“告诉我你电脑的MAC”。从以太网帧结构知道，不知道对方网卡的 MAC 地址是无法正常通讯的，那主机是怎样从 IP 地址上自动猎取到 MAC 地址呢？这就是这章要讲的“地址解析协议”，以下简称其英文缩写“ARP”。4．1 ARP 工作原理从对方的 IP 地址猎取 MAC 地址最简单的方法是静态映射，即手工建立 IP地址和 MAC 地址的映射表。这种方法必须预先知道每个 IP 对应的网卡的 MAC地址，并写到程序里，发送数据时先搜索这张表，找到 IP 地址对应的 MAC 地址。静态映射表内容如下：表 4－1 静态映射表IP 地址MAC 地址192.168.1.1500-0B-6A-8E-3F-C2192.168.6.8200-1C-35-27-59-A8静态映射表有一定的局限性，如：一台电脑换过网卡后，查找得出的 MAC地址就不正确，会导致通讯不上；当对方电脑的 IP 地址改变后，虽然 MAC 地址没有变，但映射关系变了，静态映射表也必须手工改变。这样，维护一张静态映射表就很费劲。为了避开手工维护映射表，设计人员使用 ARP 协议来实现地址的映射，由主机自己智能地维护一张动态映射表。具体是怎样实现地呢？通过图 4－1 可以形象的说明。假如 MCU 主机需要与 IP 为 192.168.1.15 的主机建立连接，但不知道其 MAC 地址，于是先在整个网络广播，查询内“192.168.1.15“对应的MAC 地址，由于是广播（目的 MAC 地址是 FF-FF-FF-FF-FF-FF），同一网络上的所有主机都收到了这个请求。但只有电脑 A 应答，因为它的 IP 就是192.168.1.15。MCU 收到电脑 A 的应答后，将 IP 和 MAC 地址存放在动态映射表中，下次连接的时候就能直接查找动态表。当然，动态映射表中，IP 和 MAC 的映射关系并不是一成不变的，ARP 还启动一个定时器，当映射关系存在一定的时间（如 1 分钟）后，会被清除掉，下次发送数据时还是需要通过 ARP 请求猎取它们的对应关系。这个过程称为ARP 表老化。图 4－1 ARP 工作原理4．2 ARP 分组结构ARP 分组是封装在以太网帧中的数据段中，当以太网帧首部的 TYPE 段为0806H 时，表示后边的数据是 ARP 分组。如图 4－2。图 4－2 ARP 分组的封装ARP 分组的具体结构如图 4－3。0 8 16 24 31 硬件...
