一、ARP（地址解析协议）
1、基本概念
地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。
地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，局域网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。相关协议有RARP、代理ARP。NDP用于在IPv6中代替地址解析协议。
已知对方IP地址，请求对方MAC地址，生称ARP表--IP和MAC对应表。
2、功能
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，彼此不直接打交道。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，但由于发送时只知道目标IP地址，不知道其MAC地址，又不能跨第二、三层，所以需要使用地址解析协议。使用地址解析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出目标硬件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。
3、工作过程
主机A的IP地址为192.168.1.1，MAC地址为0A-11-22-33-44-01；
主机B的IP地址为192.168.1.2，MAC地址为0A-11-22-33-44-02；
当主机A要与主机B通信时，地址解析协议可以将主机B的IP地址（192.168.1.2）解析成主机B的MAC地址。
以下为工作流程：
1、根据主机A上的路由表内容，IP确定用于访问主机B的转发IP地址是192.168.1.2。然后A主机在自己的本地ARP缓存中检查主机B的匹配MAC地址。
2、如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问192.168.1.2的硬件地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。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，它将丢弃ARP请求。
3、主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中。
4、主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。
5、当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。
4、工作要素：ARP缓存
ARP缓存是个用来储存IP地址和MAC地址的缓冲区，其本质就是一个IP地址-->MAC地址的对应表。
表中每一个条目分别记录了网络上其他主机的IP地址和对应的MAC地址。每一个以太网或令牌环网络适配器都有自己单独的表。当地址解析协议被询问一个已知IP地址节点的MAC地址时，先在ARP缓存中查看，若存在，就直接返回与之对应的MAC地址，若不存在，才发送ARP请求向局域网查询。
为使广播量最小，ARP维护IP地址到MAC地址映射的缓存以便将来使用。ARP缓存可以包含动态和静态项目。动态项目随时间推移自动添加和删除。每个动态ARP缓存项的潜在生命周期是10分钟。新加到缓存中的项目带有时间戳，如果某个项目添加后2分钟内没有再使用，则此项目过期并从ARP缓存中删除；如果某个项目已在使用，则又收到2分钟的生命周期；如果某个项目始终在使用，则会另外收到2分钟的生命周期，一直到10分钟的最长生命周期。静态项目一直保留在缓存中，直到重新启动计算机为止。
本质：一个IP地址-->MAC地址的对应表
5、工作媒介：报文
地址解析协议是通过报文工作的。报文包括如下字段：
| 硬件类型 | 协议类型 | |
| 硬件地址长度 | 协议长度 | 操作类型 |
| 发送方硬件地址（0-3字节） | ||
| 发送方硬件地址（4-5字节） | 发送方IP地址（0-1字节） | |
| 发送方IP地址（2-3字节） | 目标硬件地址（0-1字节） | |
| 目标硬件地址（2-5字节） | ||
| 目标IP地址（0-3字节） | ||
硬件类型：指明了发送方想知道的硬件接口类型，以太网的值为1；
协议类型：指明了发送方提供的高层协议类型，IP为0800（16进制）；
硬件地址长度和协议长度：指明了硬件地址和高层协议地址的长度，这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用；
操作类型：用来表示这个报文的类型，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4；
发送方硬件地址（0-3字节）：源主机硬件地址的前3个字节；
发送方硬件地址（4-5字节）：源主机硬件地址的后3个字节；
发送方IP地址（0-1字节）：源主机硬件地址的前2个字节；
发送方IP地址（2-3字节）：源主机硬件地址的后2个字节；
目标硬件地址（0-1字节）：目的主机硬件地址的前2个字节；
目标硬件地址（2-5字节）：目的主机硬件地址的后4个字节；
目标IP地址（0-3字节）：目的主机的IP地址。
6、ARP命令
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。ARP命令用于查询本机ARP缓存中IP地址-->MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。如果在没有参数的情况下使用，ARP命令将显示帮助信息。
常见用法：
arp -a或arp –g
用于查看缓存中的所有项目。-a和-g参数的结果是一样的，多年来-g一直是UNIX平台上用来显示ARP缓存中所有项目的选项，而Windows用的是arp -a（-a可被视为all，即全部的意思），但它也可以接受比较传统的-g选项。
arp -a Ip
如果有多个网卡，那么使用arp -a加上接口的IP地址，就可以只显示与该接口相关的ARP缓存项目。
arp -s Ip 物理地址
可以向ARP缓存中人工输入一个静态项目。该项目在计算机引导过程中将保持有效状态，或者在出现错误时，人工配置的物理地址将自动更新该项目。
arp -d Ip
使用该命令能够人工删除一个静态项目。
二、RARP（反向地址转换协议）
1、基本概念
反向地址转换协议（RARP：Reverse Address Resolution Protocol） 反向地址转换协议（RARP）允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。
网络管理员在局域网网关路由器里创建一个表以映射物理地址（MAC）和与其对应的 IP 地址。
当设置一台新的机器时，其 RARP 客户机程序需要向路由器上的 RARP 服务器请求相应的 IP 地址。假设在路由表中已经设置了一个记录，RARP 服务器将会返回 IP 地址给机器，此机器就会存储起来以便日后使用。 RARP 可以使用于以太网、光纤分布式数据接口及令牌环 LAN。
已知对方的MAC地址，请求对方的IP地址。
2、产生原因
ARP（地址解析协议）是设备通过自己知道的IP地址来获得自己不知道的物理地址的协议。假如一个设备不知道它自己的IP地址，但是知道自己的物理地址，网络上的无盘工作站就是这种情况，设备知道的只是网络接口卡上的物理地址。这种情况下应该怎么办呢？RARP（逆地址解析协议）正是针对这种情况的一种协议。
RARP以与ARP相反的方式工作。RARP发出要反向解析的物理地址并希望返回其对应的IP地址，应答包括由能够提供所需信息的RARP服务器发出的IP地址。虽然发送方发出的是广播信息，RARP规定只有RARP服务器能产生应答。许多网络指定多个RARP服务器，这样做既是为了平衡负载也是为了作为出现问题时的备份。
3、工作原理
（1）发送主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址；
（2）本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；
（3）如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；
（4）如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应；
（5）源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。
4、工作过程
（1）网络上的每台设备都会有一个独一的硬件地址，通常是由设备厂商分配的MAC地址。PC1从网卡上读取MAC地址，然后在网络上发送一个RARP请求的广播数据包，请求RARP服务器回复该PC的IP地址。
（2）RARP服务器收到了RARP请求数据包，为其分配IP地址，并将RARP回应发送给PC1。
（3）PC1收到RARP回应后，就使用得到的IP地址进行通讯。
5、RARP报文
类似于ARP的报文格式主要差别在于帧类型代码为0x8035（ARP为0x0806），操作码为3请求（ARP为1），4应答（ARP为2）
5、RARP服务器
RARP在原理上很简单但是实现比较复杂，由于RARP的请求是在硬件层上的广播这因此这不能通过路由转发，因此在每个网络都要实现以个RARP服务器。另外在同一网络种不同主机可能会同时进行RARP请求，增大了冲突的概率。
三、无故ARP
1、基本概念
无故（Gratuitous ARP，GARP）ARP也称为无为ARP。主机有时会使用自己的IP地址作为目标地址发送ARP请求。这种ARP请求称为无故ARP，GARP。
2、用途
（1）检查重复地址（检测IP地址冲突）（如果收到ARP响应表明存在重复地址）。
（2）用于通告一个新的数据链路标识。当一个设备收到一个arp请求时，发现arp缓冲区中已有发送者的IP地址，则更新此IP地址的MAC地址条目。
（3）某个子网内运行热备份路由协议（HSRP）的路由器如果从其他路由器变成了主路由器，它就会发送一个无故ARP来更新该子网上的ARP缓存。
IOS系统中默认关闭，可以使用命令ip gratuitous-arps激活它。
