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概览
地址解析协议（ARP）是局域网内“IP→MAC”映射的关键机制，使得网络层的IP数据包能够在数据链路层找到对应的物理地址（MAC）并被正确转发。ARP由RFC 826定义，工作在OSI模型的数据链路层，通过广播请求与单播应答完成解析，并在各主机维护缓存以提升效率。虚拟化、IoT发展及安全攻防均广泛依赖或针对ARP，理解其原理与防护方法对网络设计、运维与安全至关重要。
ARP概述
ARP负责将IPv4地址映射为以太网MAC地址，确保同一子网内的数据帧能被准确送达目标网卡。
它是Internet协议簇的一部分，由David Plummer在1982年提出，并在IETF标准RFC 826中正式规范。
历史与标准
ARP源自Xerox PARC的以太网寻址方案，后被IEEE 802.3与IETF采纳，成为“协议地址到链路层地址”的通用方法。
RFC 826详细描述了请求/应答报文格式与流程，定义了硬件类型（HTYPE）、协议类型（PTYPE）、硬件/协议地址长度（HLEN/PLEN）及操作码（OP）等字段。
IANA维护ARP参数注册表，规范了多种扩展操作码，如Reverse ARP、DRARP与InARP等。
工作流程
ARP请求与应答
- ARP请求（Request）：主机A若需向IP B发送数据，首先广播ARP请求帧，询问“谁是B？请告诉我你的MAC”。
- ARP应答（Reply）：只有具有该IP的主机B会单播ARP应答，携带自己的MAC返回A，A收到后完成映射，并更新本地ARP缓存。
ARP缓存
每台主机维护一个ARP缓存表，将IP→MAC映射存储于内存中以减少广播。缓存项具有超时机制（通常数分钟）并可被静态或动态更新。
ARP扩展与类型
- 代理ARP（Proxy ARP）：路由器代为应答请求，使得跨子网通信对终端透明。
- Gratuitous ARP：主机自发广播自身IP→MAC映射，用于更新他人缓存或检测IP冲突。
- 逆ARP（Reverse ARP）：旧协议，用于获取自身IP，现已被BOOTP/DHCP取代。
- InARP：在帧中继网络中获取对端IP，扩展ARP功能于特定链路层技术中。
安全风险与防护
ARP欺骗（Spoofing）
攻击者伪造ARP应答，将自己的MAC与目标IP关联，可实施中间人攻击，窃听或篡改流量。
防护措施
- 静态ARP表：在关键设备上手动绑定IP→MAC，防止动态篡改。
- 动态ARP检测（DAI）：交换机级检测并丢弃异常ARP报文。
- IP Source Guard：结合DHCP绑定，确保只有合法MAC可使用对应IP。
管理与优化
- ARP缓存调优：合理设置超时时间，平衡广播频率与缓存准确性。
- 工具监控：使用
arp -a、ip neigh show等命令检查ARP表状态，或部署SIEM监控ARP异常。 - 网络设计：在大型网络中使用VLAN隔离广播域，减少ARP风暴对全网的影响。
未来：NDP在IPv6中的角色
在IPv6中，ARP功能由邻居发现协议（Neighbor Discovery Protocol, NDP）替代，通过ICMPv6消息完成地址解析、冲突检测与路由重定向，提供更丰富的扩展与安全特性。
通过深入理解ARP的历史渊源、协议机理、扩展类型与安全防护方法，网络设计者与运维人员可更有效地构建、维护与保护局域网，确保关键业务在链路层上稳健、可靠地运行。