《如果主机没有配置网关，ping不在同一网段的ip，主机会发送ARP吗？》

标签：ARP 网关子网网段主机 MAC IP地址

一、在开始实验前，我们得先深刻剖析理解ARP协议的含义。

1.1 ARP

1.1.1 ARP的定义

ARP是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。

1.1.2 ARP的作用及运行流程分析

泛谈：在同一子网中，数据包的传输都是依据MAC地址进行的(分组交换设备仅设置交换机)，在跨子网通信时，需要先使用路由器(即所谓的“网关”)依据目的主机IP地址将数据包传输到目的主机IP地址所属的子网，在目的IP所属子网内部，再利用MAC地址进行数据包传输。MAC地址不具有层级结构，随着互联网中设备的指数级增加，为了使传输数据更加高效，人们因此发明了IP地址这种具有层级性的逻辑地址用于数据的传输。
同一子网内(假设该子网没有网关)，考虑源主机向另一台在同一子网中(通过IP地址和子网掩码的“与”运算得知)的主机发送ping报文。
1. 源主机将数据向下传递到网络层进行封装时，通过本机IP地址、目的主机IP地址和子网掩码的“与”运算得知目的主机IP地址与本机IP地址处于同一子网。
2. 源主机继续将数据包向下传递至链路层，由于源主机与目的主机处于同一子网，ARP进程在ARP缓存表中查询该目的主机IP地址对应的MAC地址。
3. 如果在ARP缓存中查到目的主机IP地址对应的目的主机MAC地址，则将该目的主机MAC地址写入链路层帧头中，封装好后发送到网络，经由交换机根据目的主机MAC地址及交换机内部MAC地址与端口缓存表，将数据包发送到对应端口，最终使数据包到达目的主机。
4. 如果在ARP缓存中没有查到目的主机IP地址对应的目的主机MAC地址，为了完成数据发送任务，源主机将待发送数据先行放入缓存，由ARP进程调用ARP协议，将目的主机IP地址、目的主机MAC地址(此时未知，设置为广播MAC地址)封装到ARP报文中并发送到网络。
5. 交换机在接收到数据包后，发现目的主机MAC地址为广播地址，因此向除源主机所在端口的其余端口广播该ARP报文。
6. 目的主机接收到此ARP请求后，首先判断源主机IP地址是否与自身IP地址处于同一子网下，如果处于同一子网则向源主机返回其MAC地址，方式近似与源主机发送ARP报文相同。源主机得到目的主机MAC地址后，顺利封装缓存中的待发送报文，并经由交换机顺利发送到目的主机。
7. 如果不在同一子网且因为假设该子网不设置网关(路由器)，则目的主机丢弃接收到的ARP报文。造成不在同一子网的原因如配置子网掩码错误等。
不在同一子网下，考虑源主机向另一台不在同一子网中(通过IP地址和子网掩码的“与”运算得知)的主机发送ping报文。
1. 源主机将数据向下传递到网络层进行封装时，通过本机IP地址、目的主机IP地址和子网掩码的“与”运算得知目的主机IP地址与本机IP地址不处于同一子网。
2. 因此源主机的任务变成只需将ping数据包封装发送给网关，由网关负责跨子网传输(网关是路由器，具有IP地址)。
3. 源主机将目的主机IP地址(即另一个子网的主机)封装到IP头中，将ping数据包向下传递至链路层。
4. ARP进程在ARP缓存表中查询网关IP地址(已设置存储在源主机内)对应的MAC地址，如果查到网关IP地址对应的MAC地址，则将该MAC地址作为目的主机MAC地址写入链路层帧头中，封装好后发送到网络，经由交换机根据目的主机MAC地址及交换机内部MAC地址与端口缓存表，将ping数据包发送到交换机对应端口，使ping数据包到达网关(交换机对IP层来说是透明的，即交换机只有两层协议层)。
5. 如果没查到网关的MAC地址，又由于网关与源主机处于同一子网下，故可通过上文ARP方式查询到网关的MAC地址，再将网关MAC地址放入链路帧头进行数据封装并将ping数据包发送到源主机所在子网网关即可。
6. 源主机所在子网网关接收到ping报文后，根据网关内部路由表等信息定位到目的主机IP地址所在子网，将目的主机IP地址写入IP报文头，将网关自身的MAC地址封装到链路层帧头一并打包发送到目的主机所在子网。
7. 目的主机所在子网的网关接收到源主机所在子网的网关发来的ping数据包，利用网关内部ARP缓存，得到目的主机IP地址对应的目的主机MAC地址，将其写进链路层帧头后封装ping数据包并发送到子网内部交换机中。
8. 经过目的主机所在子网内的交换机依据ping报文内MAC地址及交换机内的MAC地址端口缓存信息转发ping数据包，目的主机得以接收到ping报文。
9. 目的主机查看ping报文后开始准备回复，此时目的主机身份转变成源主机，按照上文分析过一模一样的方式回传ping相关报文。
综上所述，ARP的作用正如其名：将IP地址解析为对应的MAC地址。现假设源主机ARP缓存中已有目的主机和网关的MAC地址(注意：只会有同一子网的主机MAC地址，不可能有不同子网目的主机的MAC地址，不同子网目的主机的MAC地址在经过该子网网关时都被该子网网关的MAC地址取代了)：
1. 源主机将目的主机IP地址封装到IP头中，将数据包向下传递至链路层。
  1. 当源主机通过子网掩码的“与”运算得知目的主机和自身处在同一子网时，本机ARP进程利用目的主机IP地址与ARP缓存查询得到目的主机MAC地址，封装并向目的主机发送ping数据包。
  2. 当源主机通过子网掩码的“与”运算得知目的主机和自身不处在同一子网时，本机ARP进程利用子网网关IP地址与ARP缓存查询得到该子网网关MAC地址，封装并向网关发送ping数据包。
2. 如果源主机ARP进程在ARP缓存中未查到MAC地址时，依据IP地址(同一子网目的主机的或同一子网网关的)在子网中发送广播报文获取MAC地址，更新ARP缓存并将MAC地址封装进数据包并向网络中发送。