Wireshark数据抓包分析之ARP协议

预备知识

1、知识储备

推荐两本好书：
《TCP/IP详解卷1》http://www.pc6.com/softview/SoftView_2564.html
《Wireshark数据包分析实战》http://download.csdn.net/detail/u011538384/5908643

2、什么是ARP

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。由于OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层，MAC地址在第二层，彼此不直接通信。在通过以太网发送IP数据包时，需要先封装第三层（32位IP地址）、第二层（48位MAC地址）的报头。但由于发送数据包时只知道目标IP地址，不知道其MAC地址，而又不能跨越第二、三层，所以需要使用地址解析协议。
使用地址解析协议后，计算机可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息对应目标硬件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。ARP的基本功能就是负责将一个已知的IP地址解析成MAC地址，以便主机间能正常进行通信。

3、ARP工作流程

ARP工作过程分为两个阶段，一个是ARP请求过程，一个是ARP响应过程，该工作流程如下面图示：


在上图中，主机PC1的IP地址为10.1.1.X；主机PC2的IP地址为10.1.1.Y。当主机PC1和主机PC2通信时，地址解析协议可以将主机PC2的IP地址（10.1.1.Y）解析成主机PC2的MAC地址。PC1和PC2的详细通信过程如下所示：
（1）当主机PC1想发送数据给主机PC2时，首先在自己的本地ARP缓存表中检查主机PC2匹配的MAC地址。
（2）如果主机PC1在缓存中没有找到相应的条目，它将询问主机PC2的MAC地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。该帧中包括源主机PC1的IP地址和MAC地址。本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配，它将会丢弃ARP请求。
（3）主机PC2确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机PC1的地址和MAC地址添加到本地缓存表。
（4）主机PC2将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机PC1（这个数据帧是单播）。
（5）当主机PC1收到从主机PC2发来的ARP回复消息时，会将主机PC2的IP和MAC地址添加的自己的ARP缓存表。本机缓存是有生存期的，默认ARP缓存表的有效期是120s。当超过该有效期后，将再次重复上面的过程。主机PC2的MAC地址一旦确定，主机PC1将能向主机PC2发送IP通信了。

4、ARP缓存表

ARP缓存中包含一个或多个表，它们用于存储IP地址及其经过解析的MAC地址。在ARP缓存中的每个表又被称为ARP缓存表。下面将介绍ARP缓存表的由来、构成及生命周期等。
1.ARP缓存表的由来：
ARP协议是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。这时就涉及到一个问题，一个局域网中的电脑少则几台，多则上百台，这么多的电脑之间，如何能记住对方电脑网卡的MAC地址，以便数据的发送呢？所以，这里就有了ARP缓存表。
2.ARP缓存表维护工具——