本节我们学习从IP地址到MAC地址的转换过程，这个过程是由ARP（地址解析协议）自动帮助用户主机完成的，用户在发送信息的时候根本感觉不到这个步骤的存在，但这个步骤是通信过程中非常重要的一步，因此我们必须要清楚它的原理。

假设主机A和主机B处在同一个物理网络中，主机A要和主机B通信，经过前面的学习，我们知道主机A除了要知道主机B的IP地址，从根本上还要知道主机B的MAC地址才能最终实现通信，因为IP数据包要经过数据链路层封装成帧嘛，此时ARP协议就可以帮我们获取到主机B的MAC地址。

学习具体过程之前，先要了解一个前提概念，叫做 ARP高速缓存，这个缓存是每台主机都具有的，这里面存放着一张“本地网络上各个主机的IP地址与MAC地址的映射表”，简称“ARP缓存表”。

自己查看自己电脑上的ARP缓存表，是在CMD命令窗口，输入“arp -a”或者“arp -g”，就可以查看自己电脑上的ARP缓存。在这里为了安全问题，我就不能放上我自己电脑上的ARP缓存截图了，只能从网上找到一张截图，可以作为例子：

接上面的例子，主机A要向主机B发送IP数据包的时候，首先查看自己的ARP缓存表中是否存在主机B的从IP到MAC的映射，如果存在，那么就能通过这个映射知道主机B的MAC地址，然后把主机B的MAC地址填入即将发送出去的MAC帧，这样就能被主机B接收；但是如果主机A的ARP表中不存在主机B的映射，就要启动ARP协议去获取主机B的MAC地址。

当然，有些小伙伴可能不知道为什么主机A的缓存表里面没有主机B的映射记录，这种情况是怎么发生的，一般有两点原因：第一是因为主机A可能刚刚开机，一般刚刚开机的主机里面的ARP表都是空的（除非是做了静态绑定），第二个原因是主机B可能刚刚加入到这个网络中来，主机A还不认识它，必须要通过一次ARP过程才能双方认识。

现在，我们来看具体的ARP解析的过程：

当同一局域网内的主机A想要给主机B发送数据，已经知道了主机B的IP地址，封装好了IP数据包，然后要向下经过数据链路层封装成帧，但是在这一步，由于主机A没有在自己的ARP缓存表中查询到主机B的IP与MAC的映射关系，也就是并不知道主机B的MAC地址，所以主机A就无法在封装成帧的时候填入正确的目标MAC地址。

假设主机A：IP地址是192.168.1.2，MAC地址是11-22-33-44-55-66。主机B：IP地址是192.168.1.3，MAC地址是AA-BB-CC-DD-EE-FF。

这时候，主机A的ARP进程就会自动在本局域网上广播一个ARP请求的数据包，此数据包里面包括这样的主要内容：我是192.168.1.2，我的MAC地址是11-22-33-44-55-66，现在我想知道192.168.1.3的MAC地址是什么。

主机A发出去的这个ARP请求包，将会被本局域网上其它所有主机上运行的ARP进程接收到。

当主机B收到这个ARP请求之后，发现这个ARP请求包正是发给自己的，就向主机A回复一个ARP响应，在这个响应的数据包里面写上：我是192.168.1.3，我的的MAC地址是AA-BB-CC-DD-EE-FF。

主机A收到响应数据包后，就把主机B的IP地址与MAC地址的映射记录在自己的ARP缓存表中，以备以后再次需要使用。

需要注意：

①主机A广播出去的ARP请求，虽然其它所有主机的ARP进程都会收到，但是这其中只有主机B会向主机A回复响应，因为除了B的其他主机一看此请求不是发给自己的，就根本不会理睬这个请求。

②主机A发送ARP请求是广播方式，而主机B在回复响应的时候，用的是单播方式。因为主机A发来的ARP请求包中已经写明了主机A的MAC地址，所以主机B就不用再广播询问A的MAC地址了。

③关于ARP缓存表：这张表的一个突出特点就是可以限制广播通信量，试想如果没有这张表的存在，主机A和主机B之间完成了一次ARP“请求—响应”的过程后通信成功，但很用可能在不久之后双方还要进行通信，这时候主机A就又忘了主机B的MAC地址是什么，就又要广播一次，那么这种情况如果放在一个比较大的局域网的环境下，比如局域网内有100台主机，那么各主机之间的广播流量将会消耗很大的带宽资源，这是非常可怕的事情。

另外，ARP缓存表的另一个特点是动态性，动态性指的是：一般的每条映射记录都会有一个生存时间（除非是静态绑定的），超过了这个时间的期限，这条记录将会被删除。比如我们把生存时间设置为10分钟，如果主机A与B通信一次之后，在10分钟之内没有第二次通信，那么主机A的ARP缓存表中就会删除主机B的映射，等到再一次想通信的时候，再去广播询问。我们通常把这种情况称之为“ARP超时”。

ARP超时的好处是：如果主机B的网卡损坏，更换了一块新的网卡，那么主机B的MAC地址就是新的MAC地址了，如果主机A的ARP缓存表中没有超时删除的机制，那就会一直保存着主机B那条原来的MAC地址与IP地址的映射，这样主机A通过查询自己的缓存表得到的永远是主机B之前的那个MAC地址，而主机B已经换了新的MAC地址，那么主机A发出的ARP请求将不会被任何主机接收。

本节的内容就先到此为止，下一节我们继续深入学习ARP，分析ARP请求包和响应包的结构，用抓包软件进行演示。