【lwip】08-ARP协议一图笔记及源码实现 _生活百科

前言
8.1 IP地址与MAC地址
8.2 ARP协议简介
8.3 ARP协议报文
8.4 ARP缓存表
- 8.4.1 ARP缓存表简介
- 8.4.2 LWIP中的缓存表
- 8.4.3 ARP缓存表数据结构
- 8.4.4 ARP缓存表数据缓冲队列
- 8.4.5 ARP缓存表entry状态信息
- 8.4.6 ARP缓存表超时处理
- 8.4.7 ARP缓存表entry更新
8.5 ARP协议超时机制框图
8.6 ARP收发报文数据流图
8.7 ARP报文组包源码实现
- 8.7.1 ARP报文数据结构
- 8.7.2 ARP报文组建发送函数（基函数）
- 8.7.3 发送ARP请求包
- 8.7.4 发送ARP IP探测包
- 8.7.5 发送ARP IP宣告包
8.8 数据包发送分析
- 8.8.1 数据发包处理简述（ARP相关）
- 8.8.2 etharp_output()：IP数据包是否ARP协议处理
- 8.8.3 etharp_output_to_arp_index()：需要维护arp entry的IP数据包转发函数
- 8.8.4 etharp_query()：需要发起ARP请求的IP数据包转发函数
- 8.8.5 etharp_find_entry()：查找可被新建的arp entry
8.9 数据包接收分析
8.10 LWIP ARP一图笔记

前言主要简述TCPIP协议族相关的。
ARP协议源码在etharp.c和etharp.h中，也是本次笔记的主要内容。
ARP源码实现的重要数据结构：

ARP缓存表。
ARP报文。

原文：李柱明博客
8.1 IP地址与MAC地址TCP/IP协议的网络层有自己的IP地址。
单看网络层，传输数据包时只需要知道目标主机的IP地址即可。
但是网络层数据包下传到链路层时，链路层需要知道下一个节点的MAC地址，才能发包。
为了实现网络层对MAC地址无感，又能实现数据包收发，就需要把IP地址和MAC地址绑定。
一个网卡，有IP地址，而网卡对接物理设备时，物理设备有MAC地址，可以把IP地址和网卡设备MAC地址绑定。
而有时候，IP地址可能是动态的，即是当前网卡设备根据需求被赋予不同的IP，所以IP地址与MAC地址映射也需要动态才能更好地把网络层和链路层分割。
8.2 ARP协议简介地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
主机A知道主机B的ip地址，但是在二层链路，也就是数据链路层，是通过mac地址进行转发的，通过ARP协议实现IP和MAC地址绑定。
ARP协议有静态获取和动态获?。?

静态获?。杭词鞘侄渲肁RP映射表。
动态获?。褐骰ü鼳RP协议主机获取、主机维护ARP映射表。

文章插图
8.3 ARP协议报文ARP请求和应答分组的格式如图：

文章插图
【【lwip】08-ARP协议一图笔记及源码实现】以太网首部：

目的MAC（6）：链路层的数据帧的下一个目标结点设备的MAC 。当携带ARP请求报文时，以太网目的地址MAC为广播地址：0xFFFFFF 。
源MAC（6）：当前设备的MAC 。
帧类型（2）：为0x0806时，表示ARP报文。

ARP报文：

硬件类型（2）：硬件地址的类型。
- 为1即表示以太网地址。
- 其它还能表示令牌环地址等。
协议类型（2）：表示硬件地址要映射的协议地址类型。
- 0x0800表示IP地址。
- 其它还能表示ICMP/IGMP等。
硬件地址长度（1）：硬件地址的长度，以字节为单位。
- 以太网上IP地址的ARP请求或应答：该字段为MAC地址的长度，6 。
协议地址长度（1）：
- 以太网上IP地址的ARP请求或应答：该字段为IP地址长度，4 。
OP字段（2）：操作字段。
- 1：ARP请求。
- 2：ARP应答。
- 3：RARP请求。
- 4：RARP应答。
发送端以太网地址（6）。
发送端IP地址（4）。
目的以太网地址（6）。
目的IP地址（4）。

小笔记：

看到上述的报文简述后，会发现以太网的数据帧首部和ARP请求数据报中都有发送端的硬件地址。这个很正常，因为两者所处的OSI层级不一样，前者是链路层处理的数据帧头需要的硬件地址。后者是网络层处理的ARP请求数据报中的重要信息。
ARP请求有些信息会留空，如ARP请求时，目的端的硬件地址不需要填充。而协议中保留，是为了实现ARP请求和ARP应答的报文字段一致。

ARP简要交互：
对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。