前言：ARP協議是在鏈路層通訊中，已知目標IP地址,但是，僅有IP 地址是不夠的，因為IP數據報必須封裝成幀才能通過數據鏈路進行發送，而數據幀必須要有目的MAC地址，每一個網絡設備在數據封裝前都需要獲取下一跳的MAC地址。IP地址由網絡層提供，MAC地址通過ARP協議來獲取。ARP協議是TCP/IP協議簇的重要組成部分，它能夠通過目的IP地址獲取目標設置的MAC地址，從而實現數據鏈路層的可達性。

一、ARP在同個網段下的工作原理

首先，每臺主機都會在自己的ARP緩沖區中建立一個 ARP列表，以表示IP地址和MAC地址的對應關系。當源主機需要將一個數據包要發送到目的主機時，會首先檢查自己 ARP列表中是否存在該 IP地址對應的MAC地址，如果有，就直接將數據包發送到這個MAC地址；如果沒有，就向本地網段發起一個ARP請求的廣播包，查詢此目的主機對應的MAC地址。此ARP請求數據包里包括源主機的IP地址、硬件地址、以及目的主機的IP地址。網絡中所有的主機收到這個ARP請求后，會檢查數據包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此數據包；如果相同，該主機首先將發送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中，如果ARP表中已經存在該IP的信息，則將其覆蓋，然后給源主機發送一個 ARP響應數據包，告訴對方自己是它需要查找的MAC地址；源主機收到這個ARP響應數據包后，將得到的目的主機的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息開始數據的傳輸。如果源主機一直沒有收到ARP響應數據包，表示ARP查詢失敗。
例如：
A的地址為：IP：192.168.10.1 MAC: AA-AA-AA-AA-AA-AA
B的地址為：IP：192.168.10.2 MAC: BB-BB-BB-BB-BB-BB
根據上面的所講的原理，我們簡單說明這個過程：A要和B通訊，A就需要知道B的以太網地址，于是A發送一個ARP請求廣播（誰是192.168.10.2 ，請告訴192.168.10.1），當B收到該廣播，就檢查自己，結果發現和自己的一致，然后就向A發送一個ARP單播應答（192.168.10.2 在BB-BB-BB-BB-BB-BB）。

二、局域網中跨網段主機間通訊

不同網段的主機通信時，主機會封裝網關（通常是路由器）的mac地址，然后主機將數據發送給路由器，后續路由進行路由轉發，通過arp解析目標地址的mac地址，然后將數據包送達目的地。具體過程分析如下：

如上圖，主機A、B通過路由器連接，屬于兩個不同的網段子網掩碼24（255.255.255.0）
1、主機A有數據發往主機B，數據封裝IP之后發現沒有主機B的mac地址；然后查詢ARP，ARP回應：“我在192.168.3.0/24網段，目標地址在192.168.4.0/24,不屬于同一網段，需要使用默認網關”；ARP發現默認網關是192.168.3.2，但是沒有網關mac地址，需要先進行查詢；

2、主機將數據包先放到緩存中，然后發送ARP查詢報文：封裝自己的mac地址為源mac，目標mac地址寫全F的廣播地址，請求網關192.168.3.2的mac地址。然后以廣播方式發送出去；

3、路由器收到廣播數據包，首先將原192.168.3.1添加到自己的mac地址表中，對應mac地址為0800.0222.2222。路由發現是請求自己的mac地址，然后路由回復一個ARP應答：封裝自己的IP地址為源IP自己的mac地址為源mac，主機A的IP為目的IP主機A的mac為目的mac，發送一個單播應答“我是192.168.3.2.我的mac地址為0800.0333.2222”；

4、主機收到應答后，將網關mac地址對應192.168.4.2（跨網關通信，其他網段IP地址的mac地址均為網關mac），然后將緩存中的數據包，封裝網關mac地址進行發送；

5、路由收到數據包，檢查目的IP地址，發現不是給自己的，決定要進行路由，然后查詢路由表，需要發往192.168.4.0網段中的192.168.4.2地址。路由準備從相應接口上發出去，然后查詢mac地址表，發現沒有主機B的映射。路由器發送arp請求查詢主機B的mac地址（原理同2、3步，主機B收到請求后首先會添加網關的mac地址，然后單播回復arp請求）；

6、路由器收到主機B的mac地址后，將其添加到路由mac地址表中，然后將緩存中的數據2層幀頭去掉，封裝自己的mac地址為源mac，主機B的mac地址為目的mac（源和目的IP地址不變），加上二層幀頭及校驗，發送給主機B；

7、主機B收到數據之后，進行處理，發送過程結束；

8、如果主機B收到數據后進行回復，主機B會進行地址判斷，不在同一網段，然后決定將數據發送給網關，主機B查詢mac地址表獲得網關mac地址，將數據封裝后發送（arp地址解析的過程不再需要了，mac地址表條目有一定的有效時間），網關收到數據后直接查詢mac表，將二層幀mac地址更改為A的mac發送出去。如此，主機A收到主機B的回復；

綜上在跨網段通信過程中有以下過程：
1、判斷地址是否同一網段
2、查詢目的IP地址的mac（發送arp請求）

此外需注意點：
1、ARP請求以廣播發送、以單播回應
2、路由器隔離廣播。每一個網段都是獨立的廣播域
3、跨越網段通信需要使用網關的mac地址
ps：如想深入分析，建議模擬環境，進行抓包操作，可以看到具體經歷了哪些過程，有助于深入了解。

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原文鏈接——————

ARP協議在同網段及跨網段下的工作原理_L.-CSDN博客?blog.csdn.net

總結

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