ARP协议跨网段工作原理

1、首先理解几个名词

1.1：MAC地址：网卡地址，每个网络设备都有，由12个16进制数字组成。全球唯一值。电脑使用cmd命令打开控制台，使用ipconfig/all命令可查看自己电脑的mac地址。

1.2：以太网协议：是一种通信协议标准，详细信息可自己百度，此处只说明以太网可简单分为含两部分，以太网帧头，以太网数据。以太网头包含目的MAC地址，源MAC地址。（实际以太网帧还包含前导码，起始界定符，以太网帧头，以太网数据，校验位）

1.3：ARP协议（Address Resolution Protocol：地址解析协议）：在同一子网络中，查询对方MAC地址的一种协议。一个ARP请求包含四个内容，如下图。

ARP协议为广播协议，向统一局域网内所有机器发送请求，接收方如果发现请求的目的ip与自己的ip相同，则返回接收方的ip以及MAC地址，否则忽略。发送方收到会之后，将ip以及对应的MAC地址缓存。

2、请求过程：

首先需要明确，请求数据包和ARP数据包是两种数据包，请求数据包包含ARP请求数据包外还包含请求数据，ARP请求只包含上图地址。

2.1：局域网内部：电脑A局域网ip为IP_A，MAC地址为MAC_A，局域网内服务器B，B的ip地址为IP_B，MAC地址为MAC_B。

        假如A发送数据包请求，目的MAC地址是MAC_B，缓存中没有MAC_B地址，此时，主机A先将数据包缓存，然后向局域网内所有机器发送ARP广播请求，目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF，目的ip为IP_B，B发现ip地址是自己的。首先将A的IP和MAC地址缓存，然后返回ARP响应，告诉A自己的IP地址和MAC地址。A收到B的响应后，首先将IP_B和MAC_B缓存，然后将先前缓存的数据包加上MAC_B后重新发送。B收到数据包请求后，返回对应的响应。

2.2：局域网中跨网段访问：电脑A局域网ip为IP_A，MAC地址为MAC_A，局域网内服务器B，B的ip地址为IP_B，MAC地址为MAC_B。电脑A所在局域网网关IP地址为GATEWAY_IP，MAC地址为MAC_GATEWAY，

        假如A没有缓存，A发送数据包请求，目的ip为MAC_B，发现地址缓存中没有对应值，先将数据包放入数据包缓存中，在发送广播ARP，也没有响应，说明目的机器不在局域网内部。那么A向网关发送数据包请求（假定网关IP已缓存），数据包请求内容如下

网关收到请求后，首先将MAC_A，IP_A（随后响应会应用）放入地址缓存中，然后解析包，发现MAC地址是自己的，但是ip地址不是，所以网关会查询自己的地址缓存，发现没有对应值，所以发送ARP请求获取IP_B的地址，发送的ARP请求如下

B收到请求，首先将IP_A,MAC_GATEWAY放入自己的地址缓存中，发现ip地址是自己的，返回自己的MAC地址。网关收到返回的MAC地址后，将先前数据从缓存中取出，添加mac_B后重新发送。

 B收到请求，MAC地址和ip与自己的对应。返回响应。响应内容如下

网关收到后，发现mac地址是自己的，但是ip不是，所以从内存中找出ip对应的mac地址。并将发送端的mac地址换成自己的。重新发送给A

此时，整个请求过程结束。

综上所述，可以理解为，

1、ARP请求是根据ip获取MAC地址的一个广播协议，如果机器中没有一个ip的地址缓存，那么就会发送一个ARP协议，获取ip对应的mac地址。

2、网关在请求转发的过程中，mac地址是不断变化的，但是ip地址是不变的。