主機與目的主機進行以太網通信，需要知道目的主機的MAC地址（物理地址），以太網ARP通信協議就是用來獲取目的主機MAC地址的。

ARP協議

ARP（Address Resolution Protocol），即地址解析協議，是根據IP地址（邏輯地址）獲取MAC地址的一種TCP/IP協議。

MAC地址在網絡中表示網卡的ID，每個網卡都需要并有且僅有一個MAC地址。源主機知道目的主機的IP地址，卻不知道目的主機的MAC地址。而目的主機的MAC地址直接被網卡接收和解析，當解析到目的MAC地址非本地MAC地址時，則直接丟棄該包數據，因此在通信前需要先獲得目的的MAC地址。

ARP協議的基本功能就是通過目的設備的IP地址，查詢目的設備的MAC地址，以保證通信的順利進行。

在獲取到目的MAC地址之后，將目的MAC地址更新至ARP緩存表中，下次通信時，可以直接從ARP緩存表中獲取，而不用重新獲取。但ARP緩存表會有過期時間，過期后需要重新通過ARP協議進行獲取。

協議格式

ARP協議屬于TCP/IP協議簇的一種，位于以太網MAC幀格式的數據段，ARP數據包格式如下圖所示。

硬件類型 （Hardware type）：硬件地址的類型，1表示以太網；

協議類型 （Protocol type）：要映射的協議地址類型，ARP協議的上層協議為IP協議，因此該協議類型為IP協議，其值為0x0800；

硬件地址長度 （Hardware size）：硬件地址（MAC地址）的長度，以字節為單位。對于以太網上IP地址的ARP請求或者應答來說，該值為6；

協議地址長度 （Protocol size）：IP地址的長度，以字節為單位。對于以太網上IP地址的ARP請求或者應答來說，該值為4；

OP （Opcode）：操作碼，用于表示該數據包為ARP請求或者ARP應答。1表示ARP請求，2表示ARP應答；

源MAC地址 ：發送端的硬件地址；

源IP地址 ：發送端的協議（IP）地址；

目的MAC地址 ：接收端的硬件地址，在ARP請求時由于不知道接收端MAC地址，因此該字段為廣播地址，即48’hff_ff_ff_ff_ff_ff；

目的IP地址 ：接收端的協議（IP）地址。

ARP協議分為ARP請求和ARP應答，源主機發起查詢目的MAC地址的報文稱為ARP請求，目的主機響應源主機并發送包含本地MAC地址的報文稱為ARP應答。

ARP請求

當源主機A需要獲取目的主機B物理地址時，可以發送一個ARP請求報文，這個報文包含了主機A的MAC地址和IP地址以及主機B的IP地址。

因為主機A不知道主機B的物理地址，所以這個查詢分組會在網絡層中進行廣播，即ARP請求時發送的接收方物理地址為廣播地址，用48hff_ff_ff_ff_ff_ff表示。

主機A發起ARP請求，由于發送的目的MAC地址為廣播地址，所以此時局域網中的所有主機都會進行接收并處理這個ARP請求報文，然后進行驗證，查看接收方的IP地址是不是自己的地址。是則返回ARP應答報文，不是則不響應。

只有驗證成功的主機B才會返回一個ARP應答報文，這個應答報文包含主機B的IP地址和物理地址。

ARP應答

主機B利用收到的ARP請求報文中的請求方物理地址，以單播的方式直接發送給主機A，主機A將收到的ARP應答報文中的目的MAC地址解析出來，將目的MAC地址和目的IP地址更新至ARP緩存表中。

當再次和主機A通信時，可以直接從ARP緩存表中獲取，而不用重新發起ARP請求報文。

但是ARP緩存表中的表項有過期時間（一般為20分鐘），過期之后，需要重新發起ARP請求以獲取目的MAC地址。

以太網協議

ARP協議通過以太網進行傳輸，因此需要滿足以太網通信協議所規定的格式。如下圖所示，以太網的數據包就是通過對協議的封裝來實現數據的傳輸，即ARP數據位于以太網幀格式的數據段。

28字節的ARP數據位于以太網幀格式的數據段。由于以太網數據段最少為46個字節，而ARP數據包總長度為28個字節，因此在ARP數據段后面需要填充18個字節的數據，以滿足以太網傳輸格式的要求。這個填充的過程稱為Padding，填充的數據可以為任意值，但一般為0。

以太網協議具體內容如上圖所示，其中：

前導碼 （Preamble）：為了實現底層數據的正確闡述，物理層使用7個字節同步碼（0和1交替（55-55-55-55-55-55-55））實現數據的同步；

幀起始界定符 （SFD，Start Frame Delimiter）：使用1個字節的SFD（固定值為0xd5）來表示一幀的開始，即后面緊跟著傳輸的就是以太網的幀頭；

目的MAC地址 ：即接收端物理MAC地址，占用6個字節；

源MAC地址 ：即發送端物理MAC地址，占用6個字節；

長度/類型 ：上圖中的長度/類型具有兩個意義，當這兩個字節的值小于1536（十六進制為 0x0600）時，代表該以太網中數據段的長度；如果這兩個字節的值大于1536，則表示該以太網中的數據屬于哪個上層協議；

數據 ：以太網中的數據段長度最小46個字節，最大1500個字節；

幀檢驗序列 （FCS，Frame Check Sequence）：為了確保數據的正確傳輸，在數據的尾部加入了4個字節的循環冗余校驗碼（CRC校驗）來檢測數據是否傳輸錯誤。