一 概述 我們知道，IP協議是用來在不同的物理網路之間傳輸資料的。要在不同的網路之間傳輸資料，至少需要將IP協議所用的地址轉換成特定網路所使用的實體地址。一般來說，就是將IPv4地址轉換為mac地址。要想與一個特定的裝置進行資料交換，光知道它的IP地址是不夠的，還需要知道它的實體地址。而地址解析協議(ARP)就是來完成這個工作的，它能將IPv4地址轉換為裝置的硬體地址。需要注意的是，ARP只能轉換IPv4的地址，IPv6需要使用另外的協議進行轉換。 另外需要說明的是，網路層和資料鏈路層地址並不是由同一個組織進行分配的。對於硬體地址來說，是由生產它的廠家進行分配的，並且一旦生產出來，實體地址永遠不會改變。而IP地址是由使用者或者管理員分配的，並且是可以更改的。我們知道IP資料包是封裝在資料鏈路層的幀裡的。當一個包含IP資料包得乙太網幀資料在一個區域網內傳輸時，是通過48bit的乙太網地址(硬體地址)來決定目的埠的。 ARP提供動態的地址解析。就是說，解析的過程是自動的、自適應的，當實體地址改變(但是IP地址沒變)的時候，比如更換網絡卡，ARP仍然能夠正確的通過IP地址找到對應的網絡卡，而不需要進行額外的配置。 二 一個例子 當我們使用網路的時候，比如開啟瀏覽器，瀏覽一個網頁，我們使用的主機需要判斷怎樣與我們感興趣的網站伺服器主機建立連線。第一個需要判斷的就是伺服器主機是處於本地還是非本地。換句話說，是在同一個區域網還是處於另外的網路。如果處於同一個區域網，只需要ARP協議即可訪問，否則，需要通過路由器進行連線。 當兩臺主機處於同一網段，或者說處於同一區域網，那麼用ARP可以直接進行訪問(direct delivery)。我們通過一個例子來說明直接訪問要經歷哪些步驟。 比如我們在瀏覽器裡輸入http://10.0.0.1，將會發生以下步驟： 1.應用程式(瀏覽器)獲取目的IP地址，這裡是10.0.0.1。 2.應用程式請求TCP協議建立與10.0.0.1的連線 3.TCP傳送連線請求給10.0.0.1。 4.我們這裡假設10.0.0.1和本地主機處於同一區域網，因此請求連線資料可以直接傳送而不用經過路由器。 5.這個時候，需要找到10.0.0.1對應的主機，就必須將該IP地址轉換為對應的實體地址。這就是ARP的作用。ARP使用廣播的方式傳輸資料，如果區域網不支援廣播，那麼需要用到更加複雜的協議，當然，這種情況很少見。 6.ARP給每個連線在這個區域網的主機發送ARP請求資料。ARP請求資料裡面包含目的IP地址，也就是10.0.0.1，該請求的意思是，如果你的IP地址是10.0.0.1，那麼把你的mac地址發給我。

7.如上圖所示，本地主機廣播ARP請求給所有主機，只有具有目的IP地址的主機會做出應答，應答資料中包括了自身的mac地址。應答不再採用廣播方式，而是單播給傳送請求的主機。與此同時，所有收到ARP請求的主機，都能在請求資料中得到傳送請求的主機的IP地址和對應的mac地址，他們會將其存在自己的快取中，以供後續使用。 8.收到應答後，TCP的連線請求資訊現在就可以傳送了，因為現在能夠找到目的主機在哪兒了。 9.傳送資料至目的主機。 點對點鏈路(PPP)不使用ARP。在設定這些鏈路時，必須告知核心鏈路每一端的IP地址，因此像乙太網這樣的硬體地址並不涉及。
三 ARP快取記憶體 ARP高效執行的關鍵是由於每個主機上都有一個ARP快取記憶體。這個快取記憶體存放了最近IP地址到硬體地址之間的對映記錄。快取記憶體中每一項記錄的生存時間一般位20分鐘，開始時間從被建立時開始。
四 ARP幀格式

在乙太網上解析IP地址時，ARP請求和應答分組的格式如上圖所示。一開始的14位元組是乙太網頭部，在上一章介紹資料鏈路層時討論過。剩餘的部分是由ARP協議所定義的。ARP資料部分的前8個位元組是通用的，後面的部分是特定的。這裡是針對IP地址和乙太網實體地址的轉換。事實上，除此之外，ARP還可以用於其他型別的網路。如果換了其他型別，這裡的傳送方和接收方的硬體地址和IP地址都要做出相應的更改。所以說這個部分是特定的，而前面的Hard Type欄位到Op欄位8個位元組是通用的，無論轉換什麼樣的網路型別，都是這8位元組。 在乙太網幀頭部的兩個部分分別是目的地址欄位和源地址欄位，在傳送ARP請求時，目的地址欄位要填充為全1，也就是廣播地址。型別或長度欄位(Length/Type)為0x0806，表示這是ARP協議資料。 Hard Type欄位表示硬體地址型別，值為1表示乙太網地址。Prot Type表示要解析的協議地址型別，值為0x0800表示IPv4地址。Hard Size欄位和Prot Size欄位分別表示硬體地址和協議地址的長度，這裡分別是6和4.對應的時mac地址6位元組，IP地址4位元組。Op欄位指出4種操作型別。1表示ARP請求，2表示ARP應答，3表示RARP請求，4表示RARP應答。RARP是ARP的逆協議，現在已經很少用到了。接下來的分別是傳送端的硬體地址、協議地址，目的端的硬體地址、協議地址。大概就是這樣了。
五 ARP代理(Proxy ARP) 代理ARP就是通過使用一個主機(通常是一個特定配置的路由器)，來作為指定的裝置對另一裝置的ARP請求作出應答。 舉個例子

PC1和PC2雖然屬於不同的廣播域，但它們處於同一網段中，因此PC1會向PC2發出ARP請求廣播包，請求獲得PC2的mac地址。由於路由器不會轉發廣播包，因此ARP請求只能到達路由器，不能到達PC2。當在路由器上啟用ARP代理後，路由器會檢視ARP請求，發現IP地址172.16.20.100屬於它連線的另一個網路，因此路由器用自己的介面mac地址替換PC2的mac地址，向PC1傳送了一個ARP應答。PC1收到ARP應答後，會認為PC2的mac地址就是00-00-0c-94-36-ab，不會感知ARP代理的存在。正是由於這個原因，代理ARP用的不多，並且如果可能，儘可能避免使用它。 六 Gratuitous ARP 和地址衝突檢測(ACD) Gratuitous ARP的意思就是主機向自身IP地址傳送ARP請求。這樣做得目的有兩個： (1)這樣可以讓主機知道自身的IP地址有沒有已經被其他主機佔用。顯然，如果已經被其他主機佔用的話，返回的mac地址和自身mac地址不一致。 (2)如果主機剛好更換了網絡卡，那麼使用Gratuitous ARP就能讓廣播域中其他的主機更新正確的IP地址到mac地址對映。因為其他主機的ARP快取中儲存的可能是更換網絡卡之前的mac地址，因此需要更新。