【车载以太网】Arp协议
本文介绍了ARP协议的基本概念及其在以太网中的重要作用。作为地址解析协议（Address Resolution Protocol），ARP用于将IP地址映射为MAC地址，在局域网中帮助主机间通信。文章详细解释了动态与静态两种类型的ARP表项及其应用场景，并探讨了请求应答机制如何通过发送与接收arp报文获取目标设备的MAC地址。此外，文章还概述了arp报文格式以及其在 subsequent技术框架如AUTOSAR中的潜在应用前景。
目录
1.前言
2.ARP 是什么？
3.为什么需要Arp？
4.Arp有哪些类型？
5.ARP原理之请求应答
6. Arp报文格式
7.结语
1.前言
相信很多人曾观看过许多部好莱坞电影中都出现了类似的情节：一位电脑高手编写或输入一连串特定代码以成功提取关键数据以帮助揭露犯罪分子的秘密
另一些情况，在过去几年里，新闻事件常见地发生于某些人由于连接到这些免费Wi-Fi网络而导致的重要信息或金钱被盗取的情况。
在以上两种情况下都需要依赖以太网中最为不可靠的一种协议‘ARP协议’。由于人们对其不恰当的应用导致了其名声狼藉的同时，在网络通信领域中它也扮演着非常重要的角色。
2.ARP 是什么？
ARP（Address Resolution Protocol）该协议主要用于将IP地址转换为MAC地址。负责将给定IP地址映射至对应的MAC地址。其主要功能是确定指定IP地址对应的网络接口MAC地址。
当发送端得知目的主机的IP地址后, 就可以利用这个IP地址去解码对方的MAC地址。
3.为什么需要Arp？
在局域网环境中，当一台主机或其它三层网络设备需向另一台主机或同一层网络设备传输数据时，则必须明确对方的网络层信息（即IP 地址）。然而仅凭 IP 地址是不够的，因为 IP 报文需被封装成数据帧才能通过物理介质传输。因此发送方还需明确接收方的本地机号信息（即 MAC 地址）。这就要求存在一种协议机制能够根据 IP 地址推导出对应的本地机号以便实现将一个 IP 地址与对应的 MAC 地址进行一一对应。这就是为什么 ARP 协议被设计出来的核心原因。
4.Arp有哪些类型？
动态Arp
动态生成的 ARP 表项 由 ARP 协议基于 ARP 报文自动生成和维护 ， 可能会受到过时的状态影响 ， 同时也能够被新的 ARP 报文所更新 ， 同时也可能被静态的 ARP 表项覆盖 。
动态ARP适用于拓扑结构复杂、通信实时性要求高的网络。
静态Arp
静态ARP表项基于网络管理员手动配置的IP地址与MAC地址间的明确映射关系。这些静态 ARP 描述不会随着时间而失效，并且不在动态 ARP 表中被覆盖。
静止型 ARP 表目不至被淘汰，并无动态型 ARP 表目进行覆盖。
它能使网络传输具备安全性。
静止型 ARP 表目能使本地机器与规定 IP 地址相关的另一台机器仅采用指定期 MAC 地址。
这样做的结果是攻击报文将无法改变本地机器的 ARP 表中 IP 地址与 MAC 地址之间的映射关系，
因而可防止本地机器与另一台机器间的正常通讯受到破坏。
建议在网络核心交换机或路由器等网关设置上配置静止型 ARP 表目以确保网络安全。
免费Arp
设备自动使用自身的IP地址为目标IP地址发起ARP请求,此方法称为免费ARP.
5.ARP原理之请求应答
在一个局域网中运行时，该局域网可以理解为位于一辆车内或一个网吧环境中。当主机1需向主机2发送以太报文时，请问主机1会采取哪些具体步骤来完成这一任务？
遵循以太网层次模型，在发送方端的数据将依次从上到下逐层嵌套于各网络 layer，并最终通过介质传输出去。
在附图中，请注意将DoIP、SOMIP、SD和DDS等典型上层协议进行封装；将UDP和TCP协议进行中继连接；最后将IP与MAC地址分别进行封装。
在下图所示的场景中，在发送报文过程中发生了Fail事件，请问这种现象的原因是什么？
当需要发送应用报文时
目前主机1已获取了主机2的IP地址IP2，请问如何获取其MAC地址呢？此时，则需运用ARP协议机制来实现目标。
通过上图中的Arp报文交互，主机1已经获取了主机2的Mac地址信息。
Arp缓存表
| Ip地址 | Mac地址 | 类型 |
|---|---|---|
| Ip2 | Mac2 | 动态 |
| IpX | MacX | 静态 |
5.Arp缓存表
在之前的章节中，我们已经阐述了Arp缓存表的作用。现在让我们深入探讨它的运行机制。主要目的是完成IP地址与MAC地址间的查询及转换过程。具体而言，在这种协议下，所有主机均会维护一个独立的ARP表，在此表格中详细记录着IP地址对应的MAC地址映射关系。
Arp缓存表将记录两类arp：
- 静态Arp对应关系：静态配置项无需进行阿arp通信获取。
- 动态Arp对应关系：阿arp通信得到的映射关系具有时间限制的动态映射关系。该动态阿arp映射将在一定时间内失效，并且其时间限制由用户自行设定。
我们的电脑自身也配备了独立的ARP缓存表，在能够通过控制台界面中运行"arp -a"命令来获取相关信息的具体位置上可以看到相关的配置信息。通过图中的截图部分可以看到这些配置的具体设置情况。
6. Arp报文格式
在学习过程中, 了解了arp报文通信过程, 那么, arp报文具体是以什么形式存在的呢？
下图为Arp报文的结构。
| 字段 | 长度 | 含义 |
|---|---|---|
| 以太网目的Mac | 48byte | 以太网目的MAC地址 发送ARP请求报文，该字段的广播地址为0xffff-ffff-ffff |
| 以太网源Mac | 48比特 | 以太网源Mac地址 |
| 帧类型 | 16比特 | 数据的类型 对于ARP请求或者应答来说，该字段的值为0x0806 |
| 硬件类型 | 16比特 | 硬件地址的类型 对于以太网，该值为1 |
| 协议类型 | 16比特 | 发送方要映射的协议地址类型 对于Ip地址，该协议类型的值为0x800 |
| 硬件地址长度 | 8比特 | 硬件地址的长度 对于ARP请求或者应答来说，该字段值为6 |
| 协议地址长度 | 8比特 | 协议地址的长度 对于ARP请求或者应答，该字段值为4 |
| OP | 16比特 | 操作类型，OP的值与操作类型关系如下 1表示ARP请求报文 2表示ARP回应报文 |
| 源Mac | 48比特 | 源Mac地址 该Mac地址与以太网帧首部的以太网源Mac地址相同 |
| 源Ip | 32比特 | 源Ip地址 |
| 目的Mac | 48比特 | 目的Mac地址 发送ARP请求报文时，该字段为全0的Mac地址 |
| 目的Ip | 32比特 | 目的的IP地址 |
7.结语
ARP 是 TCP/IP 核心协议的一种实现方式，在应用程序或用户未察觉的情况下运行。常见于网络设备内部处理数据包时使用。ARP 负责将 IP 地址转换为 MAC 地址。
本文重点阐述了阿帕尔（arp）技术的核心价值及其相关特性。具体包括对其缓存机制设计、不同类型的应用场景以及基于请求-应答模式的核心原理进行了详细解析。同时涉及对其报文格式的具体构成要素进行了深入分析。在后续篇幅中，我们将深入探讨阿帕尔技术在AUTOSAR框架中的实际应用方案，并邀请广大读者持续关注本系列内容的最新进展。