1.ARP

提起 ARP 表必然先想起 ARP（address resolution protocol）協(xié)議，地址解析協(xié)議。

在實際應用中，我們經(jīng)常遇到這樣的問題:已知一個機器的 IP 地址，但在實際網(wǎng)絡的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終還是必須使用該網(wǎng)絡的硬件地址，需要知道其 MAC 地址。如果兩個都需要去記憶或輸入，大大增加了其繁瑣程度。地址解析協(xié)議 ARP 就是用來解決這樣的問題的。

由于 IP 協(xié)議使用了 ARP 協(xié)議，因此通常把 ARP 協(xié)議劃歸到網(wǎng)絡層。但 ARP 協(xié)議的用途是為了從網(wǎng)絡層使用 IP 地址，解析出在鏈路層使用的硬件地址。

每一臺主機都設有一個 ARP 高速緩存，里面有本局域網(wǎng)上的各種主機和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表，表里面的內(nèi)容由 ARP 協(xié)議進行動態(tài)更新。表內(nèi)的數(shù)據(jù)會老化，達到老化時間會自動刪除，在此通信時，由 ARP 協(xié)議重新添加。

通信過程

有 PC0，PC1 兩臺主機 , 使用思科的仿真模擬器能直觀的看出通信過程

PC0 向 PC1 發(fā)送一個 ping 報文，向 PC0 輸入 1.1.1.3 然后開始發(fā)送，PC0 先查詢本地 APR 表查詢 1.1.1.3 對應 MAC 地址，但并沒查到，這種情況 PC0 在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送一個 ARP 請求分組。ARP 請求分組的主要內(nèi)容是：

我的 IP 地址是 1.1.1.2,硬件地址是 xx-xx-xx-xx-xx-xx。我想知道 IP 地址為 1.1.1.3 的主機的硬件地址。

在本局域網(wǎng)上的所有主機上運行的 ARP 進程都會收到此 ARP 請求分組。PC1 的 IP 地址與 ARP 請求分組中要查詢的 IP 地址一致，就收下 ARP 請求分組，并向 PC0 發(fā)送 ARP 響應分組，同時在這個 ARP 響應分組中寫入自己的硬件地址。其余主機 ip 地址都與 ARP 請求要查詢的 ip 地址不一致，不做任何回應。

響應內(nèi)容為 :

我的 ip 地址是 1.1.1.3，我的硬件地址是 xx-xx-xx-xx-xx-xx

雖然 ARP 請求分組是廣播發(fā)送的，但 ARP 響應分組是普通的單播，即從一個原地址發(fā)送到一個目的地址。

接下來 PC0 就可以使用剛獲取的 PC1MAC 地址，進行 icmp 數(shù)據(jù)發(fā)送。

2.MAC 表

說到 MAC 表，就不得不說一下交換機的工作原理，因為交換機是根據(jù) MAC 地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的。

當 PC0 發(fā)送 ARP 數(shù)據(jù)包，交換機會把數(shù)據(jù)包發(fā)往 PC0 之外的所有主機，并在相應包中記錄下相應 Mac 地址與接口數(shù)據(jù)。

當 PC0 向 PC1 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，從 1 口進到交換機。交換機收到幀后，根據(jù)幀中的目的 MAC 先查本地 MAC 表，沒有查到應從哪個接口轉(zhuǎn)發(fā)這個幀。

接著，交換機把這個幀的源 MAC 和接口 1 寫入交換表中，并向除 1 以外的所有接口廣播這個幀，PC2 將此廣播幀丟棄，因為目的地址不對。PC1 收下這個目的地址是自己 MAC 的數(shù)據(jù)，并回應數(shù)據(jù)包，此時交換機會把 PC1 的 MAC 和對應接口 2 寫入表中。然后當 PC0 與 PC1 再次發(fā)送數(shù)據(jù)交換機可以根據(jù)目的 MAC 查表找出對應的接口，將數(shù)據(jù)包直接送達對應的主機。

考慮到有可能在交換機的接口更換主機，或者主機要跟換主機更換網(wǎng)卡，這時交換機中 MAC 表也是動態(tài)的、有自己的老化時間，會自動刪除相關數(shù)據(jù)。

當交換機中一臺主機突然從2 口切換到3 口，交換機收到的此主機的數(shù)據(jù)仍然會發(fā)送到原端口2 口就會出現(xiàn)超時情況，直到 Mac 中數(shù)據(jù)更新，或者手動把交換機斷電重啟重更新 Mac 表數(shù)據(jù)。

3.路由表

說起路由表，就不得不提起路由器。（此處的路由器與家用路由器略有不同，家用路由器集成了路由器和交換機的功能為了更方便用戶使用）路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用設備也可稱為計算機。其任務是轉(zhuǎn)發(fā)分組。路由器結構由兩部分組成：路由選擇部分和分組轉(zhuǎn)發(fā)部分。

路由器工作在網(wǎng)絡層，主要功能就是實現(xiàn)跨網(wǎng)段傳輸數(shù)據(jù)。

如上圖:一網(wǎng)段的主機要與其他網(wǎng)段的主機通信，則數(shù)據(jù)會先發(fā)送給指定的網(wǎng)關，也就是路由器，由路由器選擇網(wǎng)段繼續(xù)通信，所以發(fā)送的數(shù)據(jù)包起始中網(wǎng)絡層的 ip 地址不變，源 ip 地址就是當前主機的 ip 地址，目的 ip 地址就是不同網(wǎng)段的主機的 ip 地址，但是鏈路層由于數(shù)據(jù)要先發(fā)給路由器，那么目的 mac 就是路由器的 mac 地址，然后路由器選擇其他網(wǎng)段，則源 mac 變成路由器另一個網(wǎng)口的 mac 地址，目的 mac 就是目標主機的 mac 地址，所以整個過程網(wǎng)絡層的一直不變，但是鏈路層一直再變。

如上圖：由于現(xiàn)在是兩臺路由器和兩個網(wǎng)段的主機，所以需要構成三個局域網(wǎng)，當源主機跨網(wǎng)段與目標主機通信時，由于網(wǎng)段不同，數(shù)據(jù)會先發(fā)送給路由器，然后路由器再選擇對應的目的網(wǎng)段，但是此時路由器另一端所在的網(wǎng)段與之目標主機的網(wǎng)段不同，所以無法繼續(xù)向下發(fā)送，此時需要設置下一跳，下一跳的目的就是指定當前自己網(wǎng)段的主機要訪問其他網(wǎng)段的主機時從這個路由器應該跳到哪個路由器，只要設置了，就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的路由器，整個過程就完成

1,當網(wǎng)絡中有多個路由器是，兩個主機需要通信路由器需要記錄下一跳信息，下一跳的目的就是指定當前自己網(wǎng)段的主機要訪問其他網(wǎng)段的主機時從這個路由器應該跳到哪個路由器

2, 路由表記錄著下一跳。

路由表中記錄著不同網(wǎng)段的信息。路由表中記錄的信息有的需要手動添加（稱為靜態(tài)路由表），通過路由協(xié)議自動獲取的（稱為動態(tài)路由表），我們的主機直接連到路由器上（中間無三層網(wǎng)絡設備）這種情況是直連路由，屬于靜態(tài)路由。

路由選擇處理機的任務是根據(jù)所選定的路由選擇協(xié)議（路由協(xié)議后續(xù)在做總結）構造出路由表，同時經(jīng)?；蚨ㄆ诤拖噜徛酚善鹘粨Q路由信息而不斷地跟新和維護路由表。

審核編輯：郭婷