【lwip】08-ARP協議一圖筆記及源碼實現( 二 ) _生活百科

1：ARP請求。
2：ARP應答。
3：RARP請求。
4：RARP應答。

發送端以太網地址（6）。

發送端IP地址（4）。

目的以太網地址（6）。

目的IP地址（4）。

小筆記：

看到上述的報文簡述后，會發現以太網的數據幀首部和ARP請求數據報中都有發送端的硬件地址。這個很正常，因為兩者所處的OSI層級不一樣，前者是鏈路層處理的數據幀頭需要的硬件地址。后者是網絡層處理的ARP請求數據報中的重要信息。
ARP請求有些信息會留空，如ARP請求時，目的端的硬件地址不需要填充。而協議中保留，是為了實現ARP請求和ARP應答的報文字段一致。

ARP簡要交互：
對于一個ARP請求來說，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。
當系統收到一份目的端為本機的ARP請求報文后，它就把硬件地址填進去，然后用兩個目的端地址分別替換兩個發送端地址，并把操作字段置為2（ARP應答），最后把它發送回去。
ARP交互報文例子圖，wireshark分析：

文章插圖
8.4 ARP緩存表8.4.1 ARP緩存表簡介每臺主機或路由器在其內存中具有一個ARP緩存表（ARP table），這張表包含IP地址到MAC地址的映射關系。
網絡層的IP數據包需要經過鏈路層轉發時，可以直接查詢緩存表是否有這個IP映射的MAC 。
如果有，目標鏈路層數據幀的目標MAC就直接使用這個MAC，就能轉發了。
如果沒有，通過ARP協議，往鏈路層局域網內廣播一下，詢問下有沒有這個IP對應的結點設備，如果有就把這個IP對應的鏈路層設備的MAC返回到這個主機，然后這個主機的鏈路層使用這個MAC發送數據幀出去。而且可以把這個MAC及其對應的IP保存到自己的ARP緩存表中，方便下次直接使用。當然，這個映射也有過期檢查，需要超時機制維護。
8.4.2 LWIP中的緩存表lwip的緩存表：static struct etharp_entry arp_table[ARP_TABLE_SIZE];
ARP_TABLE_SIZE默認為10，即是默認能緩存10條ARP映射記錄。
8.4.3 ARP緩存表數據結構struct etharp_entry：

struct etharp_entry {#if ARP_QUEUEING/* 指向此ARP表項上掛起的數據包隊列的指針. */struct etharp_q_entry *q;#else /* ARP_QUEUEING *//* 指向此ARP表項上的單個掛起的數據包隊列的指針 */struct pbuf *q;#endif /* ARP_QUEUEING *//* 目標IP地址 */ip4_addr_t ipaddr;/* 當前ARP映射記錄對應網卡信息 */struct netif *netif;/* 目標IP對應的MAC地址 */struct eth_addr ethaddr;/* 當前netry的生存時間 */u16_t ctime;/* 當前netry的狀態信息 */u8_t state;};

文章插圖
8.4.4 ARP緩存表數據緩沖隊列struct etharp_q_entry *q;：
這個字段用于指向緩存表的數據包緩沖隊列。
在IP層發送一個數據包時，會先在ARP映射表中查找與目的IP地址對應的MAC地址，這樣才能封裝以太網幀，才能在鏈路層把數據包發送出去。
但是如果IP層發送一個數據包時，在ARP映射表中查不到對應的硬件地址MAC，就發送一個ARP請求包，在請求過程中，把這個IP層的數據包緩存到這個隊列q先，直到請求成功后，獲取這個IP層數據包IP對應的MAC地址或請求失敗為止。
對于PBUFF_ERF、PBUF_POOL、PBUF_RAM類型的數據包是不允許直接掛到ARP entry的掛起緩存隊列上的，因為內核等待目標主機的ARP應答期間，這些數據有可能會被上層改動，所以LwIP需要將這些pbuf數據包拷貝到新的空間，等待發送。