1、第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團第五章第五章 地址解析協議（地址解析協議（ARPARP）5 5.1 .1 以太網尋址以太網尋址5 5.2 .2 標準的地址解析過程標準的地址解析過程教學目的教學目的5 5. .3 3 改進的地址解析過程改進的地址解析過程第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團教學目的教學目的 本章主要介紹為什么要使用地址解析協議（ARP），ARP的基本原理和ARP的改進技術，本章內容大部分位于OSI模型中的網絡層和TCP/IP模型中的I

2、nternet層。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.1 以太網尋址在互聯網中，IP地址能夠屏蔽各個物理網絡地址的差異，為上層用戶提供統一的地址形式，這種統一是通過在物理地址上覆蓋一層IP軟件實現的，互聯網并不對物理地址做任何修改。高層軟件通過IP地址來指定源地址和目的地址，而低層的物理網絡通過物理地址發送和接收信息。將IP地址映射到物理地址的實現方法有多種（如靜態表格、直接映射等），每種網絡都可以根據自身的特點選擇適合與自己的映射方法。地址解析協議ARP(Address Rssolution Protocol)是以太

3、網經常使用的映射方法，它充分利用了以太網的廣播能力，將IP地址與物理地址進行動態聯編。 第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.2 標準的地址解析過程以太網一個很大的特點就是具有強大的廣播能力。針對這種具備廣播能力、物理地址長但是長度固定的網絡，IP互聯網采用了動態聯編方式進行IP地址到物理地址的映射，并制定了相應的協議ARP協議。在傳送一個IP數據包前，TCP/IP客戶端必須將轉發的或下一躍點的IP地址解析為相應的物理地址，為此，客戶端將廣播一個ARP請求信息包以獲得物理地址，使用相應IP地址的計算機就以包含它的物理地址

4、的ARP回復信息響應。使用此回復信息中的信息，計算機可以將IP數據包封裝在適當的幀中，并將它傳送到下一個躍點。 第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團假設：在一個以太網中，主機A欲獲得主機B的IP地址與物理地址的映射關系，主機A將向以太網內所有的主機（包括主機B和主機C在內）廣播ARP請求，具體的工作過程如下（見圖5-1）：第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團圖5-1 ARP協議工作過程第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄

5、返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團(l） 主機A廣播發送一個帶有它自己的IP地址、物理地址和目標主機（主機B）IP地址的請求數據包，請求主機B用它的IP地址和物理地址的映射關系進行響應。 (2） 以太網上的所有主機接收到這個請求信息（包括主機B和主機C在內），并處理該ARP請求。(3） 主機C識別該請求信息，發現自己的IP地址與被請求的IP地址（即目標主機IP地址)不匹配，則丟棄該ARP請求；主機B識別該請求信息，發現自己的IP地址與被請求的IP地址是匹配的，則向主機A發送自己的IP地址和物理地址映射關系的響應信息包。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返

6、回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團(4） 主機A得到主機B的IP地址于物理地址的映射關系，并可以在隨后的發送過程中使用該映射關系。 第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.3 改進的地址解析過程 ARP請求信息和響應信息的頻繁發送和接收必然對網絡的效率產生影響，為了提高效率，ARP可以采用以下的改進技術。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.3.1 高速緩存技術 在每臺使用ARP的主機中，都保留了一個專用的高速緩存區（cache），用于保存已知的

7、ARP表項。一旦收到ARP響應包，主機就將獲得的IP地址與物理地址的映射關系存入高速緩存的ARP表中。當發送信息時，主機先到高速緩存的ARP表中查找相應得映射關系，若找不到，再利用ARP進行地址解析。利用高速緩存技術，主機不必為每個發送的IP數據包使用ARP協議，這樣可以減少網絡流量，提高處理的效率。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團 主機的物理地址通常存儲在網卡上，一旦網卡從一臺主機換到另一臺主機，或者一臺主機更改了IP地址，那么其IP地址與物理地址的對應關系也就發生了變化。為了保證主機中ARP表內容的正確性，ARP表

8、必須經常更新。為此，ARP表中的每一個表項讀被分配了一個計時器，一旦某個表項超過了計時時限，主機就會自動將它刪除，以保證ARP表的有效性。 實踐表明，由于多數網絡通信都需要持續發送多個信息包，所以即使高速緩存區保存一個小的ARP表，也可以大大提高ARP的效率。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.3.2 其他改進技術為了提高網絡效率，有些軟件在ARP實現過程中還采取了以下措施：主機在發送ARP請求時，信息包中包含了自己的IP地址與物理地址的映射關系。這樣目標主機就可以將該映射關系存儲在自己的ARP表中，以備隨后使用。由于

9、主機之間的通信一般是相互的，因此，當主機A發送消息到主機B后，主機B通常需要做出回應。利用這種ARP改進技術，可以防止目標主機緊接著為解析源主機的IP地址與物理地址的映射關系而再來一次ARP請求。第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團 由于ARP請求是通過廣播發送出去的，因此網絡中的所有主機都會收到源主機的IP地址與物理地址的映射關系。于是，所有的主機都可以將該IP地址與物理地址的映射關系存入各自得高速緩存中，以備將來使用。這樣，就避免了網絡中所有主機在一定時間內向源主機發起的ARP請求。 網絡中的主機在啟動或者接口發生變化

10、時，可以主動廣播自己的IP地址與物理地址的映射關系，以便網絡中其它主機及時刷新緩存內得地址映射信息，從而盡量避免其它主機對他進行的ARP請求。 第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團5.3.3 完整的地址解析過程 針對上文中同樣的例子，假設：在一個以太網中，主機A欲獲得主機B的IP地址與物理地址的映射關系，主機A將向以太網內所有的主機（包括主機B和主機C在內）廣播ARP請求，經過改進之后，其完整的ARP工作過程如下（見圖5-2）：第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范

11、大學出版集團圖5-2 完整的ARP協議工作過程第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團(l） 在主機A上，ARP參考自己的ARP緩存項尋找目標地址，如果找到項，ARP繼續執行步驟（6），找不到項，則順序執行步驟(2）。(2）如果在緩存中沒有找到項，主機A廣播發送一個帶有它自己的IP地址、物理地址和目標主機（主機B）IP地址的請求數據包，請求主機B用它的IP地址和物理地址的映射關系進行響應。 (3） 以太網上的所有主機接收到這個請求信息（包括主機B和主機C在內），并處理該ARP請求。 第五章 地址解析協議（ARP）-計算機通信及網絡返回章目錄返回章目錄返回總目錄返回總目錄北京師范大學出版集團(4） 主機C識別該請求信息，發現自己的IP地址與被請求的IP地址（即目標主機IP地址)不匹配，則丟棄該ARP請求；主機B識別該請求信息，發現自己的I