计算机网络 地址解析协议ARP的工作原理

ARP协议（地址解析协议）是一种用于将网络层地址（如IP地址）解析为数据链路层地址（如MAC地址）的协议。其工作原理如下：

1.当主机A需要向主机B发送数据时，首先检查其ARP高速缓存（ARP Cache）中是否有主机B的IP地址对应的MAC地址。如果有，则直接将数据帧发送给主机B的MAC地址；如果没有，则执行第2步。

2.主机A向网络广播一个ARP请求包，请求包中包含主机A的IP地址和MAC地址，以及主机B的IP地址。网络中所有主机都会收到这个请求包，但只有主机B会响应。

3.主机B收到ARP请求包后，会向主机A单独发送一个ARP响应包，响应包中包含主机B的IP地址和MAC地址。

4.主机A收到ARP响应包后，将主机B的IP地址和MAC地址存入其ARP高速缓存中，并将数据帧发送给主机B的MAC地址。

下面是一个简单的Python实现，用于发送ARP请求并接收ARP响应：

import socket
import struct

def get_mac_address(ip_address):
    # 创建ARP请求包
    arp_request = struct.pack("!HHHBBH6s4s6s4s",  # ARP请求包格式
                              0x0001, # 硬件类型：以太网
                              0x0800,  # 协议类型：IPv4
                              0x0006, # 硬件地址长度：6
                              0x0004,  # 协议地址长度：4
                              0x0001,  # 操作类型：ARP请求
                              b"\x00\x00\x00\x00\x00\x00",  # 发送方MAC地址
                              socket.inet_aton("192.168.1.100"),  # 发送方IP地址
                              b"\x00\x00\x00\x00\x00\x00",  # 目标MAC地址
                              socket.inet_aton(ip_address))  # 目标IP地址

    # 创建套接字并发送ARP请求包
    s = socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW, socket.SOCK_RAW)
    s.bind(("eth0", socket.SOCK_RAW))
    s.send(arp_request)

    # 接收ARP响应包
    while True:
        packet = s.recvfrom(2048)[0]
        eth_header = struct.unpack("!6s6sH", packet[:14])
        if eth_header[2] == 0x0806:  # 如果是ARP响应包
            arp_header = struct.unpack("2s2s1s1s2s6s4s6s4s", packet[14:42])
            if socket.inet_ntoa(arp_header[6]) == ip_address:
                return ":".join("{:02x}".format(ord(c)) for c in arp_header[5])