1.什么是ARP?
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是用来将IP地址解析为MAC地址的协议。主机或三层网络设备上会维护一张ARP表，用于存储IP地址和MAC地址的映射关系，一般ARP表项包括动态ARP表项和静态ARP表项。
2.为什么需要ARP?
在计算机网络中，特别是在局域网（LAN）环境中，当一台主机或其他三层网络设备（如路由器）想要发送数据给另一台主机或设备时，它必须知道目的地的网络层地址，即IP地址。然而，仅知道IP地址并不足以完成数据的物理传输。这是因为IP报文（或数据包）在物理网络上传输时，需要被封装成数据帧。数据帧的头部包含了目的地的物理地址，即MAC地址。
MAC地址是网络设备硬件级别的唯一标识符，用于在数据链路层（第二层）上标识设备。由于IP地址和MAC地址属于不同的网络层次，且IP地址是逻辑地址，可以动态分配和更改，而MAC地址是物理地址，通常固定不变，因此需要一个协议来将IP地址映射到对应的MAC地址。
ARP正是这样一个协议，它允许网络设备（如主机、路由器等）通过已知的IP地址来查询并获取对应的MAC地址。
3.ARP的类型
ARP的类型主要包括以下几种：
3.1动态ARP
定义：动态 ARP表项是由ARP协议通过ARP报文自动生成和维护的。特点： 设备启动时会通过广播发送 ARP请求，以获取同一局域网内其他设备的MAC地址，并动态地建立ARP表项。这些表项可以被老化（即当一段时间内未使用时会被自动删除），也可以被新的 ARP报文更新。动态 ARP适用于拓扑结构复杂、通信实时性要求高的网络。
3.2静态ARP
定义：静态 ARP表项是由管理员手工建立的IP地址和MAC地址之间固定的映射关系。特点： 静态 ARP表项不会被老化，也不会被动态ARP表项覆盖。静态 ARP主要用于保证网络通信的安全性和稳定性，特别是在存在ARP攻击风险的网络环境中。静态 ARP表项可以限制本端设备和指定IP地址的对端设备通信时只使用指定的MAC地址，从而防止攻击报文修改ARP表项。
静态ARP表项还可以进一步细分为短静态ARP表项和长静态ARP表项：
短静态ARP表项：在配置时只需要指定 IP地址和MAC地址。如果出接口是三层以太网接口，短静态ARP表项可以直接用于报文转发；如果出接口是VLAN虚接口，短静态ARP表项不能直接用于报文转发，需要先发送ARP请求报文进行确认。长静态ARP表项：在配置时除了需要指定 IP地址和MAC地址外，还必须指定该ARP表项所在的VLAN和出接口。长静态ARP表项可以直接用于报文转发。
3.3免费ARP
定义：免费 ARP是设备主动使用自己的IP地址作为目的IP地址发送ARP请求的一种特殊形式。应用场景：主要用于检测 IP地址冲突、通告新的MAC地址以及在VRRP备份组中通告主备发生变换等。
3.4Proxy ARP
定义： Proxy ARP是一种代理机制，允许一个设备（通常为路由器或三层交换机）对不在同一物理网络上的另一设备的ARP请求作出应答。应用场景： 使得那些在同一网段但不在同一物理网络上的设备能够相互通信。 Proxy ARP可以隐藏物理网络的细节，并使得两个物理网络可以使用同一个网络号。
Proxy ARP还可以进一步细分为路由式Proxy ARP、VLAN内Proxy ARP和VLAN间Proxy ARP等，以适应不同的网络环境和需求。
4.ARP报文格式
主要参数：
| 字段名称 | 长度（字节） | 描述 |
|---|---|---|
| 硬件类型 | 2 | 值为1表示以太网地址 |
| 协议类型 | 2 | 0x0800表示IP地址 |
| 硬件地址长度 | 1 | 数值为6（以太网MAC地址长度） |
| 协议地址长度 | 1 | 数值为4（IPv4地址长度） |
| 操作代码 | 2 | 1表示请求报文，2表示应答报文 |
源MAC地址 | 6 | 源设备的MAC地址 |
源IP地址 | 4 | 源设备的IPv4地址 |
目的MAC地址 | 6 | 目的设备的MAC地址 |
目的IP地址 | 4 | 目的设备的IPv4地址 |
5.ARP是如何进行地址解析的？
动态ARP通过广播ARP请求和单播ARP应答这两个过程完成地址解析。
ARP地址解析过程如上图：
# 当需要通信的两台主机处于同一网段时
如上图Host_1要向Host_3发送数据，过程如下：
1）首先，Host_1会查找自己本地缓存的ARP表，确定是否包含Host_3对应的ARP表项。如果Host_1在ARP表中找到了Host_3对应的MAC地址，则Host_1直接利用ARP表中的MAC地址，对数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给Host_3。如果Host_1在ARP表中找不到Host_3对应的MAC地址，则先缓存该数据报文，并以广播方式发送一个ARP请求报文。如上图中所示，OP字段为1表示该报文为ARP请求报文，ARP请求报文中的源MAC地址和源IP地址为Host_1的MAC地址和IP地址，目的MAC地址为全0的MAC地址，目的IP地址为Host_3的IP地址。
2）Switch_1收到ARP请求报文后，将该ARP请求报文在同一广播域内转发。
3）同一广播域内的主机Host_2和Host_3都能接收到该ARP请求报文，但只有被请求的主机（即Host_3）会对该ARP请求报文进行处理。Host_3比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目的IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的源IP地址和源MAC地址（即Host_1的IP地址和MAC地址）存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP应答报文给Host_1，ARP应答报文内容如上图中所示，OP字段为2表示该报文为ARP应答报文，源MAC地址和源IP地址为Host_3的MAC地址和IP地址，目的MAC地址和目的IP地址为Host_1的MAC地址和IP地址。
4）Switch_1收到ARP应答报文后，将该ARP应答报文转发给Host_1。Host_1收到ARP应答报文后，将Host_3的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给Host_3。
# 当需要通信的两台主机处于不同网段时
如上图中的Host_1和Host_4，Host_1上已经配置缺省网关：
首先Host_1会发送ARP请求报文，请求网关Router的IP地址对应的MAC地址。Host_1收到ARP应答报文后，将数据报文封装并发给网关，再由网关将数据报文发送给目的主机Host_4。Host_1学习网关IP地址对应的ARP表项的过程，以及网关设备学习Host_4的IP地址对应的ARP表项的过程与上述同网段主机Host_1和Host_3之间进行ARP地址解析的过程类似。
6.ARP的老化时间
不同设备上ARP表项的老化时间不同，华为网络设备的默认老化时间为20分钟，即1200S。可以用下面命令查看：取值范围在30-62640秒之间：
[HXSW]arp expire-time ?
INTEGER<30-62640> Arp expire time(in seconds), the default is 1200
[HXSW]
Windows主机的ARP老化时间是随机的，介于15至45秒之间。
