【计算机网络】设备如何监听 ARP 请求广播

在网络通信中，**ARP（地址解析协议）**用于将网络层的 IP 地址解析为链路层的物理地址（MAC 地址）。当一个设备需要发送 IP 数据包时，它需要知道目标设备的 MAC 地址，这时它会发送一个 ARP 请求。ARP 请求通常是一个广播帧，所有在同一局域网内的设备都会接收到这个请求。

设备如何监听 ARP 请求广播

网络接口卡（NIC）的工作：
- 每个网络设备都有一个网络接口卡（NIC），它负责处理物理层和数据链路层的通信。NIC 监听网络上的所有帧，并根据帧的目标 MAC 地址决定是否接收该帧。
- 当 NIC 接收到一个帧时，它会检查帧的目标 MAC 地址：
  - 如果目标 MAC 地址是设备的 MAC 地址或广播地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF），NIC 会将帧传递给操作系统的网络协议栈进行处理。
  - 如果目标 MAC 地址不是设备的 MAC 地址，也不是广播地址，NIC 会丢弃该帧。
ARP 请求的广播：
- ARP 请求是一个特殊的以太网帧，其目标 MAC 地址是广播地址 FF:FF:FF:FF:FF:FF。这意味着局域网内的所有设备都会接收到这个帧。
- ARP 请求帧的格式如下：
  - 目标 MAC 地址: FF:FF:FF:FF:FF:FF（广播）
  - 源 MAC 地址: 发送设备的 MAC 地址
  - 帧类型: 0x0806（ARP）
  - ARP 数据:
    - 硬件类型: 1（以太网）
    - 协议类型: 0x0800（IP）
    - 硬件地址长度: 6（MAC 地址长度）
    - 协议地址长度: 4（IP 地址长度）
    - 操作码: 1（ARP 请求）
    - 发送者 MAC 地址: 发送设备的 MAC 地址
    - 发送者 IP 地址: 发送设备的 IP 地址
    - 目标 MAC 地址: 00:00:00:00:00:00（未知）
    - 目标 IP 地址: 目标设备的 IP 地址
设备处理 ARP 请求：
- 当设备接收到 ARP 请求帧时，操作系统会检查 ARP 请求中的目标 IP 地址：
  - 如果目标 IP 地址与设备的 IP 地址匹配，设备会生成一个 ARP 响应帧，并将其发送回发送者。
  - 如果目标 IP 地址不匹配，设备会丢弃该 ARP 请求帧。
ARP 响应的发送：
- ARP 响应帧的目标 MAC 地址是发送 ARP 请求的设备的 MAC 地址，而不是广播地址。这意味着只有发送 ARP 请求的设备会接收到 ARP 响应。
- ARP 响应帧的格式如下：
  - 目标 MAC 地址: 发送 ARP 请求的设备的 MAC 地址
  - 源 MAC 地址: 响应设备的 MAC 地址
  - 帧类型: 0x0806（ARP）
  - ARP 数据:
    - 操作码: 2（ARP 响应）
    - 发送者 MAC 地址: 响应设备的 MAC 地址
    - 发送者 IP 地址: 响应设备的 IP 地址
    - 目标 MAC 地址: 发送 ARP 请求的设备的 MAC 地址
    - 目标 IP 地址: 发送 ARP 请求的设备的 IP 地址
ARP 缓存：
- 设备在接收到 ARP 响应后，会将 IP 地址和 MAC 地址的映射关系存储在 ARP 缓存中，以便将来使用。
- ARP 缓存中的条目有一个生存时间（TTL），超过 TTL 后，条目会被删除。