我們通過OSI七層模型來說明問題
由上圖可見，OSI模型將網絡分爲了七層，而IP地址位於第三層，也就是網絡層，MAC地址位於數據鏈路層，也就是第二層。那麼以太網發送IP數據包的時候，需要首先封裝第三層和第二層報頭。但由於發送數據包時只知道目標IP地址，不知道其MAC地址，而又不能直接跨越第二、三層，所以需要地址解析協議。而在使用ARP協議後，計算機可以按照網絡層IP數據包的頭部信息，將硬件地址信息（MAC地址）對應起來，以保證通信的順利進行。ARP協議的基本功能就是將一個已知的IP地址解析成MAC地址。
ARP協議的解析過程只使用了兩種數據包：一個ARP請求和一個ARP響應：
其工作原理爲：
（1） 當主機A想要給主機B發送數據時，主機A會首先在自己的本地ARP緩存表中檢查與主機B相匹配的MAC地址。
（2）如果主機A在自己的緩存表中沒有找到主機B相關的條目，那麼它就要想辦法獲取主機B的MAC地址。這就需要將ARP的請求幀廣播到本地網絡上的所有主機中。這個請求幀含有主機A的IP地址和MAC地址，以及主機B的IP地址。網絡中凡是收到請求幀的主機都會檢查自己的IP地址是否與請求地址一致，如果不一致，則會丟掉該請求幀。對上圖來說，主機C和主機D會丟棄主機A發送的請求幀。
（3）主機B確定ARP請求中的IP地址和自己的IP地址一致，那麼就會將主機A的IP地址和MAC地址添加到本地的緩存列表中。
（4）主機B將包含有自己的MAC地址的ARP響應消息直接回復給主機A（單播）。
（5）主機A收到從主機B發來的ARP響應消息後，會將主機B的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP緩存表中。接下來主機A就可以向主機B發送消息了。
如果想查看ARP緩存表，可以在CMD下輸入ARP -a
分析ARP數據包
我們通過觀察ARP請求包，在Frame幀中，可以知道該數據包的大小爲42個字節。觀察Ethernet發現數據包中的目的地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff,這是一個廣播地址，說明這個數據包會被廣播到當前網段中的所有設備上。而這個數據包中以太網的源地址就是本機的MAC地址。
然後對ARP請求的頭部進行分析。按照順序依次爲硬件類型、協議類型、硬件地址長度、協議長度、操作碼（該值爲1，表示這是一個ARP請求包）、源MAC地址、源IP地址、目的IP地址、目標的MAC地址未知，所以就以全0的形式顯示。
ARP響應的數據包和ARP請求數據包很像，不同之處在於，用於響應的操作碼（Opcode）現在是2，表明這是一個用於響應的數據包；發送方的MAC地址和IP地址變成了目標的MAC地址和IP地址；ARP請求包中的目的MAC地址和IP地址已經獲取到，寫入到響應包中。
免費ARP
當網絡中的設備IP地址改變，網絡主機中緩存的IP地址和MAC地址不在生效。那麼爲了防止由於映射失敗造成通信錯誤，免費的ARP請求會被髮送到網絡中，強制所有收到它的設備使用新的IP以及MAC地址映射來更新緩存。通常，它發生在系統引導期間進行接口配置或者IP地址出現變化的時候。
首先我們可以看到這個數據包是以廣播的形式發出的，這樣這個網絡的主機都能接收到它。接下來我們發現，發送方的IP地址和接收方的IP地址是一致的。網絡中的其他主機收到這個數據包之後，它會讓這些主機使用新的IP地址和MAC地址映射關係來更新它們的ARP緩存。由於這個ARP數據包是源主機未經請求主動發出的，並導致了目標主機更新了ARP緩存，所以稱之爲免費的ARP。
ARP協議是用來將IP地址解析爲MAC地址的協議
主機B已經確定自己就是主機A的目標是，包含有自己的MAC地址的ARP響應消息直接通過單播的形式回覆給主機A。
在請求包中當目標的MAC地址未知，所以就以全0的形式顯示。
免費ARP會在它發生在系統引導期間進行接口配置或者IP地址出現變化的時候發送。
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