网络协议解析,网络协议解析软件

常用的网络协议有哪些?

一、OSI模型

名称 层次 功能

物理层 1 实现计算机系统与网络间的物理连接

数据链路层 2 进行数据打包与解包，形成信息帧

网络层 3 提供数据通过的路由

传输层 4 提供传输顺序信息与响应

会话层 5 建立和中止连接

表示层 6 数据转换、确认数据格式

应用层 7 提供用户程序接口

二、协议层次

网络中常用协议以及层次关系

1、 进程/应用程的协议

平时最广泛的协议，这一层的每个协议都由客程序和服务程序两部分组成。程序通过服务器与客户机交互来工作。常见协议有：Telnet、FTP、SMTP、HTTP、DNS等。

2、 主机—主机层协议

建立并且维护连接，用于保证主机间数据传输的安全性。这一层主要有两个协议：

TCP(Transmission Control Protocol：传输控制协议;面向连接，可靠传输

UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议;面向无连接，不可靠传输

3、 Internet层协议

负责数据的传输，在不同网络和系统间寻找路由，分段和重组数据报文，另外还有设备寻址。些层包括如下协议：

IP(Internet

Protocol):Internet协议，负责TCP/IP主机间提供数据报服务，进行数据封装并产生协议头，TCP与UDP协议的基础。

ICMP(Internet Control Message

Protocol)：Internet控制报文协议。ICMP协议其实是IP协议的的附属协议，IP协议用它来与其它主机或路由器交换错误报文和其它的一些网络情况，在ICMP包中携带了控制信息和故障恢复信息。

ARP(Address Resolution Protocol)协议：地址解析协议。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)：逆向地址解析协议。

OSI 全称(Open System Interconnection)网络的OSI七层结构2008年03月28日 星期五

14:18(1)物理层——Physical

这是整个OSI参考模型的最低层，它的任务就是提供网络的物理连接。所以，物理层是建立在物理介质上(而不是逻辑上的协议和会话)，它提供的是机械和电气接口。主要包括电缆、物理端口和附属设备，如双绞线、同轴电缆、接线设备(如网卡等)、RJ-45接口、串口和并口等在网络中都是工作在这个层次的。

物理层提供的服务包括：物理连接、物理服务数据单元顺序化(接收物理实体收到的比特顺序，与发送物理实体所发送的比特顺序相同)和数据电路标识。

(2)数据链路层——DataLink

数据链路层是建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位传输数据，它的主要任务就是进行数据封装和数据链接的建立。封装的数据信息中，地址段含有发送节点和接收节点的地址，控制段用来表示数据连接帧的类型，数据段包含实际要传输的数据，差错控制段用来检测传输中帧出现的错误。

数据链路层可使用的协议有SLIP、PPP、X.25和帧中继等。常见的集线器和低档的交换机网络设备都是工作在这个层次上，Modem之类的拨号设备也是。工作在这个层次上的交换机俗称“第二层交换机”。

具体讲，数据链路层的功能包括：数据链路连接的建立与释放、构成数据链路数据单元、数据链路连接的分裂、定界与同步、顺序和流量控制和差错的检测和恢复等方面。

(3)网络层——Network

网络层属于OSI中的较高层次了，从它的名字可以看出，它解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题，而不是同一网段内部的事。网络层的主要功能即是提供路由，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。除此之外，网络层还要能够消除网络拥挤，具有流量控制和拥挤控制的能力。网络边界中的路由器就工作在这个层次上，现在较高档的交换机也可直接工作在这个层次上，因此它们也提供了路由功能，俗称“第三层交换机”。

网络层的功能包括：建立和拆除网络连接、路径选择和中继、网络连接多路复用、分段和组块、服务选择和流量控制。

(4)传输层——Transport

传输层解决的是数据在网络之间的传输质量问题，它属于较高层次。传输层用于提高网络层服务质量，提供可靠的端到端的数据传输，如常说的QoS就是这一层的主要服务。这一层主要涉及的是网络传输协议，它提供的是一套网络数据传输标准，如TCP协议。

传输层的功能包括：映像传输地址到网络地址、多路复用与分割、传输连接的建立与释放、分段与重新组装、组块与分块。

根据传输层所提供服务的主要性质，传输层服务可分为以下三大类：

A类：网络连接具有可接受的差错率和可接受的故障通知率(网络连接断开和复位发生的比率)，A类服务是可靠的网络服务，一般指虚电路服务。

C类：网络连接具有不可接受的差错率，C类的服务质量最差，提供数据报服务或无线电分组交换网均属此类。

B类：网络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障通知率，B类服务介于A类与C类之间，在广域网和互联网多是提供B类服务。

网络服务质量的划分是以用户要求为依据的。若用户要求比较高，则一个网络可能归于C型，反之，则一个网络可能归于B型甚至A型。例如，对于某个电子邮件系统来说，每周丢失一个分组的网络也许可算作A型;而同一个网络对银行系统来说则只能算作C型了。

(5)会话层——Senssion

会话层利用传输层来提供会话服务，会话可能是一个用户通过网络登录到一个主机，或一个正在建立的用于传输文件的会话。

会话层的功能主要有：会话连接到传输连接的映射、数据传送、会话连接的恢复和释放、会话管理、令牌管理和活动管理。

(6)表示层——Presentation

表示层用于数据管理的表示方式，如用于文本文件的ASCII和EBCDIC，用于表示数字的1S或2S补码表示形式。如果通信双方用不同的数据表示方法，他们就不能互相理解。表示层就是用于屏蔽这种不同之处。

表示层的功能主要有：数据语法转换、语法表示、表示连接管理、数据加密和数据压缩。

(7)应用层——Application

这是OSI参考模型的最高层，它解决的也是最高层次，即程序应用过程中的问题，它直接面对用户的具体应用。应用层包含用户应用程序执行通信任务所需要的协议和功能，如电子邮件和文件传输等，在这一层中TCP/IP协议中的FTP、SMTP、POP等协议得到了充分应用。

SNMP(Simple Network Management

Protocol,简单网络管理协议)的前身是简单网关监控协议(SGMP)，用来对通信线路进行管理。随后，人们对SGMP进行了很大的修改，特别是加入了符合Internet定义的SMI和MIB：体系结构，改进后的协议就是著名的SNMP。SNMP的目标是管理互联网Internet上众多厂家生产的软硬件平台，因此SNMP受Internet标准网络管理框架的影响也很大。现在SNMP已经出到第三个版本的协议，其功能较以前已经大大地加强和改进了。

SNMP的体系结构是围绕着以下四个概念和目标进行设计的：保持管理代理(agent)的软件成本尽可能低;最大限度地保持远程管理的功能，以便充分利用Internet的网络资源;体系结构必须有扩充的余地;保持SNMP的独立性，不依赖于具体的计算机、网关和网络传输协议。在最近的改进中，又加入了保证SNMP体系本身安全性的目标。

OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是一个内部网关协议(Interior Gateway

Protocol,简称IGP)，用于在单一自治系统(autonomous

system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离向量路由协议。

RIP(Routing information Protocol)是应用较早、使用较普遍的内部网关协议(Interior Gateway

Protocol,简称IGP)，适用于小型同类网络，是典型的距离向量(distance-vector)协议。文档见RFC1058、RFC1723。

RIP通过广播UDP报文来交换路由信息，每30秒发送一次路由信息更新。RIP提供跳跃计数(hop

count)作为尺度来衡量路由距离，跳跃计数是一个包到达目标所必须经过的路由器的数目。如果到相同目标有二个不等速或不同带宽的路由器，但跳跃计数相同，则RIP认为两个路由是等距离的。RIP最多支持的跳数为15，即在源和目的网间所要经过的最多路由器的数目为15，跳数16表示不可达

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)

即载波监听多路访问/冲突检测方法

一、基础篇：

是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。

CSMA/CD控制方式的优点是：

原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位 ，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。

CSMA/CD应用在 ISO7层里的数据链路层

它的工作原理是: 发送数据前 先监听信道是否空闲 ,若空闲

则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续监听.若监听到冲突,则立即停止发送数据.等待一段随即时间,再重新尝试.

二、进阶篇：

CSMA/CD控制规程：

控制规程的核心问题：解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题(主要是数据碰撞问题)

控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理

(1) 侦听：

通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送(线路是否忙)?

若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作。

若“闲”，则一定算法原则(“X坚持”算法)决定如何发送。

(2) 发送：

当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。

(3) 检测：

数据发送后，也可能发生数据碰撞。因此，要对数据边发送，边接收，以判断是否冲突了。(参5P127图)

(4)冲突处理：

当确认发生冲突后，进入冲突处理程序。有两种冲突情况：

① 侦听中发现线路忙

② 发送过程中发现数据碰撞

① 若在侦听中发现线路忙，则等待一个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致，由退避算法确定延时值。

② 若发送过程中发现数据碰撞，先发送阻塞信息，强化冲突，再进行侦听工作，以待下次重新发送(方法同①)

面向比特的协议中最有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC(Synchronous Data Link Control)，国际标准化组织ISO

(International Standards Organization)的高级数据链路控制规程HDLC(High Level Data Link

Control)，美国国家标准协会(American National Standar ds Institute )的先进数据通信规程ADCCP (

Advanced Data Communications Control

Procedure)。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称"面向比特"的协议。

二.帧信息的分段

SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场(Field)，所有场都是从最低有效位开始传送。

1. SDLC/HDLC标志字符

SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一个标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是01111110，称标志场(F)。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧(Frame)。所有的信息是以帧的形式传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索"01111110"来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。

2.地址场和控制场

在标志场之后，可以有一个地址场A(Address)和一个控制场C(Contro1)。地址场用来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若干个命令。SDLC规定A场和C场的宽度为8位。HDLC则允许A场可为任意长度，C场为8位或16位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为"0"，则后边跟着另一个地址字节;若为"1"，则该字节就是最后一个地址字节。同理，如果控制场第一个字节的第一位为"0"，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。

3.信息场

跟在控制场之后的是信息场I(Information)。I场包含有要传送的数据，亦成为数据场。并不是每一帧都必须有信息场。即信息场可以为0，当它为0时，则这一帧主要是控制命令。

4.帧校验场

紧跟在信息场之后的是两字节的帧校验场，帧校验场称为FC(Frame Check)场， 校验序列FCS(Frame check

Sequence)。SDLC/HDLC均采用16位循环冗余校验码CRC (Cyclic Redundancy

Code)，其生成多项式为CCITT多项式X^16+X^12+X^5+1。除了标志场和自动插入的"0"位外，所有的信息都参加CRC计算。

CRC的编码器在发送码组时为每一码组加入冗余的监督码位。接收时译码器可对在纠错范围内的错码进行纠正，对在校错范

围内的错码进行校验，但不能纠正。超出校、纠错范围之外的多位错误将不可能被校验发现 。

三.实际应用时的两个技术问题

1."0"位插入/删除技术

如上所述，SDLC/HDLC协议规定以01111110为标志字节，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，为了把它与标志区分开来，所以采取了"0"位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息(除标志字节外)时，只要遇到连续5个"1"，就自动插入一个"0"当接收端在接收数据时(除标志字节)如果连续接收到5个"1"，就自动将其后的一个"0"删除，以恢复信息的原有形式。这种"0"位的插入和删除过程是由硬件自动完成的，比上述面向字符的"数据透明"容易实现。

2. SDLC/HDLC异常结束

若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协议用异常结束(Abort)字符，或称失效序列使本帧作废。在HDLC规程中7个连续的"1"被作为失效字符，而在SDLC中失效字符是8个连续的"1"。当然在失效序列中不使用"0"位插入/删除技术。

SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲(Idle)信号。

28 张图详解网络基础知识：OSI、TCP/IP 参考模型（含动态图）

目录

1、网络协议

其实协议在我们生活中也能找到相应的影子。

举个例子，有 2 个男生准备追求同一个妹子，妹子来自河南，讲河南话，还会点普通话；一个男生来自胡建，讲闽南语，也会点普通话；另一个男生来自广东，只讲粤语；

协议一致，沟通自如

语言不通，无法沟通

你们猜猜？最后谁牵手成功了？答案肯定是来自胡建的那位，双方可以通过 普通话 进行沟通，表达内容都能理解。而来自广东的帅哥只会讲粤语，不会普通话，妹子表示听不懂，就无法进行沟通下了。

每个人的成长环境不同，所讲的语言、认知、理解能力也就不同。为了使来自五湖四海的朋友能沟通自如，就需要大家协商，认识某一个语言或规则，彼此能互相理解，这个语言就是普通话。

通过这个例子，大家可以这样理解：

把普通话比作“协议”、把聊天比作“通信”，把说话的内容比作“数据”。

相信这样类比，大家就知道，协议是什么了？

简单地说，就是程序员指定一些标准，使不同的通信设备能彼此正确理解、正确解析通信的内容。我们都知道计算机世界里是二进制，要么 1，要么 0，那为啥可以表达丰富多彩的内容呢？

也是因为协议，不同字段，不同组合，可以解析不同意思，这就依然协议，让协议来正确处理。

例如，我们使用手机连 WiFi 来刷抖音，使用的是 802.11（WLAN）协议，通过这个协议接入网络。如果你所连的 WIFI 是不需要手动设置 IP 地址，是通过自动获取的，就使用到了 DHCP 协议，这样你的手机算上接入了 局域网， 如果你局域网内有台 NAS 服务器，存放了某些不可描述的视频资源，你就可以访问观看了，但这时你可能无法访问互联网资源，例如，你还想刷会抖音，看看妹子扭一扭，结果出现如下画面：

出现这种画面，说明无法使用 互联网， 可能是无线路由器没有设置好相关协议，比如： NAT、PPPoE 协议（上网账号或密码设置错误了），只有设置正确了，就可以通过运营商（ISP）提供的线路把局域网接入到互联网中，实现手机可以访问互联网上的资源（服务器）。玩微信撩妹子、刷抖音看妹子。

网络协议示意图

延伸阅读

1、局域网：最显著的特点就是范围有限，行政可控的区域可以是一所高校、一个餐厅、一个园区、一栋办公楼或一个家庭的私有网络。

2、城域网：原本是介意局域网和广域网之间，实际工作中很少再刻意去区分城域网和广域网了，所以这边不再介绍。

3、广域网：简单说就是负责把多个局域网连接起来，它的传输距离长距离传输，广域网的搭建一般是由运营商来。

4、互联网：把全世界上提供资源共享的 IT 设备所在网络连接起来，接入了互联网就可以随时随地访问这些资源了。

5、物联网：把所有具有联网功能的物体都接入互联网就形成了物联网。如空调联网，就可以远程控制空调； 汽车 联网，就可以远程获取行程数据。

总结一下吧！我们可以把电脑、手机等 IT 设备比喻做来自五湖四海的人们，大家都通过多种语言（网络协议）实现沟通（通信）。所有人要一起交流，就用普通话，大家都能理解。所有胡建人在一起，就用闽南语进行沟通，彼此也能理解。这么的方言，就好比计算机网络世界里也有这么多协议，只是不同协议用在不同地方。

好奇的同学，可能就会问，那网络协议是由谁来规定呢？这就需要提到一个组织，ISO。这个组织制定了一个国际标准 ，叫做 OSI 参考模型，如下，很多厂商都会参考这个制定网络协议。

OSI 参考模型图

2、OSI 参考模型

既然是模型，就好比模范一样，大家都要向它学习，以它为原型，展开学习研究。前面我们也提到了一些协议，这么多协议如果不进行归纳，分层，大家学习起来是不是感觉很凌乱？

所以 OSI 参考模型就是将这样复杂的协议整理并进行分层，分为易于理解的 7 层，并定义每一层的 服务 内容，协议的具体内容是 规则 。上下层之间通过 接口 进行交互，同一层之间通过 协议 进行交互。相信很多网络工程师在今后工作中遇到问题，讨论协议问题还会用到这个模型展开讨论。所以说，对于计算机网络初学者来说，学习了解 OSI 参考模型就是通往成功的第一步。

OSI 参考模型分层功能

7.应用层

为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节，OSI 的最高层。包括文件传输、Email、远程登录等协议。程序员接触这一层比较多。

应用层示例图

6.表示层

主要负责数据格式的转换，为上下层能够处理的格式。如编码、加密、解密等。

表示层示例图

5.会话层

即负责建立、管理和终止通信连接（数据流动的逻辑通路），数据分片、重组等传输的管理。

会话层示例图

4.传输层

保证可靠传输，不需要再路由器上处理，只需再通信双方节点上进行处理，如处理差错控制和流量控制。

传输层示例图

3.网络层

主要负责寻址和路由选择，将数据包传输到目的地。

网络层示例图

2.数据链路层

负责物理层面上互连、节点之间的通信传输，将0 、 1 序列比特流划分为具有意义的数据帧传输给对端。这一层有点类似网络层，网络层也是基于目的地址来传输，不同是：网络层是将数据包负责在整个网络转发，而数据链路层仅是在网段内转发，所以大家抓包会发现，源目 MAC 地址每经过一个二层网段，都会变化。

数据链路层示例图

1.物理层

负责 0、1 比特流（0、1 序列）与电压高低电平、光的闪灭之间的互相转换，为数据链路层提供物理连接。

物理层示例图

OSI 为啥最后没有得到运用呢？其实最主要的原因，是 OSI 模型出现的比 tcp/ip 出现的时间晚，在 OSI 开始使用前，TCP/IP 已经被广泛的应用了。如果要换成 OSI 模型也不太现实。其次是 OSI 是专家们讨论，最后形成的，由于没有实践，导致该协议实现起来很复杂，很多厂商不愿意用 OSI，与此相比，TCP/IP 协议比较简单，实现起来也比较容易，它是从公司中产生的，更符合市场的要求。综合各种因素，最终 OSI 没有被广泛的应用。

下面我们来看看 TCP/IP 与 OSI 分层之间的对应关系及相应的协议：

4.应用层

从上图，可以知道 TCP/IP 四层模型，把应用层、表示层、会话层集成再一起了，该层的协议有：HTTP 、 POP3 、 TELNET 、 SSH 、 FTP 、 SNMP 等。

目前，大部分基于 TCP/IP 的应用都是 客户端/服务端 架构。一般我们把提供资源服务的那一侧叫服务端， 发起访问服务资源的这一侧叫客户端。

应用层

3.传输层

主要职责就是负责两端节点间的应用程序互相通信，每个节点上可能有很多应用程序，例如，登录了微信，又打开了网页，又打开迅雷看看，那数据到达后怎么正确传送到相应的应用程序呢？那就需要 端口号 来正确识别了。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议 TCP （Transmission Control Protocol）和用户数据报协议 UDP （User Datagram Protocol）

面向连接 顾名思义，就是建立连接，什么时候建立连接呢？就是在通信之前需要先建立一条逻辑的通信链路。就跟我们平时打电话一样，得先拨通，通了之后即链路建立好了，这条链路只有你和对方可以在这条链路传播说话内容。挂电话后，这条链路也就断开了。

面向无连接 无连接，即通信之前不需要建立连接，直接发送即可。跟我们以前写信很像，不需要管对方在不在？直接写信寄过去就可以了。

面向连接传输

面向无连 接传输

2.网络层

主要职责就是将数据包从源地址发送到目的地址。

在网络传输中，每个节点会根据数据的 IP 地址信息，来判断该数据包应该由哪个接口（网卡）发送出去。各个地址会参考一个发出接口列表， MAC 寻址中所参考的这张表叫做 MAC 地址转发表 ，而 IP 寻址中所参考的叫做 路由表 。MAC 地址转发表根据自学自动生成。路由控制表则根据路由协议自动生成。MAC 地址转发表中所记录的是实际的 MAC 地址本身，而路由表中记录的 IP 地址则是集中了之后的网络号（即网络号与子网掩码）。

1.网络接口层

在 TCP/IP 把物理层和数据链路层集成为 网络接口层 。主要任务是将上层的数据封装成帧发送到网络上，数据帧通过网络到达对端，对端收到后对数据帧解封，并检查帧中包含的 MAC 地址。如果该地址就是本机的 MAC 地址或者是广播地址，则上传到网络层，否则丢弃该帧。

封装与解封装

所谓的封装，其实就跟你寄快递的时候，给物品加上纸盒包装起来或者快件到站点，快递员贴一层标签的过程。在网络上，就是上层的数据往下送的时候，下层会添加头部，不过，只有在二层，不仅会加上头部，还会在上层数据尾部添加 FCS。

封装

所谓解封装，就如同你收到快件一样，一层一层地拆外包装，直到看到快件。网络也是，一层一层地拆掉头部，往上层传送，直到看到数据内容。

解封装

我们把应用层的数据封装传输层头部后的报文，称为 段 ；

把段封装网络层头部后的报文，称为 包 ；

把包封装以太网头部和帧尾，称为 帧 。

实现从域名到ip地址解析的网络协议

采用的策略是域名解析系统DNS（Demain Name System）

用户与因特网某个主机通信时，32位的IP地址不太容易记忆。 所以用可记的域名代替IP地址， 通过DNS协议将域名解析成对应的IP地址。

因特网的DNS被设计成为一个联机分布式的数据库系统。

域名结构

域名的结构是一个树结构。根节点为根域名。

第二层为顶级域名（按国家区分）

第三层为二级域名

第四层为三级域名

底层为四级域名

域名解析过程：

第一步： 客户端退出域名解析请求， 将该请求发送给本地域名服务器

第二步：本地域名服务器收到请求后， 先查询本地缓存，若有缓存， 直接将结果返回给客户端。

第三步：若本地无缓存，则本地域名服务器直接将请求发送给根域名服务器。然后根域名服务器返回给本地一个子域名服务器。

第四步：本地域名服务器重定向返回的子域名服务器。向子域名服务器发送请求， 子域名服务器接收请求后，查询自己的缓存， 如果没有，则返回相关的下级域名服务器的地址。

第五步：重复第四步，直到找到正确的记录。

第六步：本地域名服务器把返回的结果保存到缓存中，以备下次使用。同时将结果返回给客户端。

计算机网络-网络层-地址解析协议ARP

地址解析协议ARP： 已经知道了一个机器（主机或路由器）的IP地址，需要找出其相应的硬件地址。还有一个旧的协议叫做逆地址解析协议RARP,它的作用是使只知道自己硬件地址的主机能够通过RARP协议找出其IP地址。现在的DHCP协议已经包含了RARP协议的功能。

由于是IP协议使用了ARP协议，因此通常就把ARP协议划归网络层。但ARP协议的用途是为了从网络层使用的IP地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址，因此，有的就按照协议的所用，把ARP协议划归在数据链路层。

网络层使用的是IP地址，但在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用该网络的硬件地址，但P地址和下面的网络的硬件地址之间由于格式不同而不存在简单的映射关系（例如，IP地址有32位，而局域网的硬件地址是48位）。此外，在一个网络上可能经常会有新的主机加入进来，或撤走一些主机。更换网络适配器也会使主机的硬件地址改变。地址解析协议ARP解快这个问题的方法是在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新（新增或超时删除）。

每一台主机都设有一个ARP高速缓存(ARP cache),里面有本局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表，这些都是该主机目前知道的一些地址。那么主机怎样知道这些地址呢？我们可以通过下面的例子来说明：

当主机A要向本局域网上的某台主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址，如有，就在ARP高速缓存中查出其对应的硬件地址，再把这个硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网把该MAC帧发往此硬件地址。也有可能查不到主机B的P地址的项目。这可能是主机B才入网，也可能是主机A刚刚加电，其高速缓存还是空的，在这种情况下，主机A就自动运行ARP,然后按以下步最找出主机B的硬件地址。

(1)ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。图4-11(a)是主机A广播发送ARP请求分组的示意图。ARP请求分组的主要内容是：“我的P地址是209.0.0.5，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18。我想知道IP地址为209.0.0.6的主机的硬件地址。.”

(2)在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。

(3)主机B的IP地址与ARP请求分组中要查询的P地址一致，就收下这个ARP请求分组，并向主机A发送ARP响应分组,同时在这个ARP响应分组中写入自己的硬件地址。由于其余的所有主机的P地址都与ARP请求分组中要查询的P地址不一致，因此都不理睬这个ARP请求分组，见图4-16。ARP响应分组的主要内容是：“我的IP地址是209.0.0.6，我的硬件地址是08-00-2B-00-EE-0A,”请注意：虽然ARP请求分组是广播发送的，但ARP响应分组是普通的单播，即从一个源地址发送到一个目的地址。

(4)主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的P地址到硬件地址的映射。

当主机A向B发送数据报时，很可能以后不久主机B还要向A发送数据报，因而主机B也可能要向A发送ARP请求分组。为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就把自己的P地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组。当主机B收到A的ARP请求分组时，就把主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。以后主机B向A发送数据报时就很方便了。

可见ARP高速缓存非常有用。如果不使用ARP高速缓存，那么任何一台主机只要进行一次通信，就必须在网络上用广播方式发送ARP请求分组，这就使网络上的通信量大大增加。ARP把已经得到的地址映射保存在高速缓存中，这样就使得该主机下次再和具有同样目的地址的主机通信时，可以直接从高速缓存中找到所需的硬件地址而不必再用广播方式发送ARP请求分组。

ARP对保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间（例如，10~20分钟)。凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。设置这种地址映射项目的生存时间是很重要的。设想有一种情况。主机A和B通信。A的ARP高速缓存里保存有B的硬件地址。但B的网络适配器突然坏了，B立即更换了一块，因此B的硬件地址就改变了。假定A还要和B继续通信。A在其ARP高速缓存中查找到B原先的硬件地址，并使用该硬件地址向B发送数据帧。但B原先的硬件地址已经失效了，因此A无法找到主机B。但是过了一段不长的生存时间，A的ARP高速缓存中已经删除了B原先的硬件地址，于是A重新广播发送ARP请求分组，又找到了B。

请注意，ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的P地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，例如，在主机 H1 就无法解析出另一个局域网上主机 H11 的硬件地址（实际上主机H,也不需要知道远程主机 H11? 的硬件地址)。主机 H1 发送给 H11 的P数据报首先需要通过与主机 H1 连接在同一个局域网上的路由器R2来转发。因此主机H1这时需要把路由器R2的IP地址解析为硬件地址HA2,以便能够把IP数据报传送到路由器R2。以后，R2从转发表找出了下一跳路由器R3, 同时使用ARP解析出R3的硬件地址HA3。于是IP数据报按照硬件地址HA3转发到路由器R3。路由器R3在转发这个IP数据报时用类似方法解析出目的主机 H11 的硬件地址HA11,使IP数据报最终交付主机H11。

从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动地把这个IP地址解析为链路层所需要的硬件地址。

(1)发送方是主机，要把IP数据报发送到同一个网络上的另一台主机。这时一个逐渐发送ARP请求分组（在网络上广播），找到目的主机的硬件地址。

(2)发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一台主机。这时发送方的主机发送ARP请求分组（在网络上广播），找到网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由路由器R来完成。R要做的事情是下面的(3)或(4)。

(3)发送方是路由器，要把IP数据报转发到与R相连接在同一个网络上的主机。这时R发送ARP请求分组（在网络上广播），找到目的主机的硬件地址。

(4)发送方是路由器R1要把IP数据报转发到网络上的一台主机。这台主机与R1不是连接在同一个网络上。这时R1发送ARP请求分组（在网络上广播），找到连接在网络上的另一个路由器R2的硬件地址。剩下的工作由这个路由器R2来完成。

在许多情况下需要多次使用ARP。但这只是以上几种情况的反复使用而已。

既然在网络链路上传送的帧最终是按照硬件地址找到目的主机的，为什么不直接使用硬件地址进行通信？这样似乎可以免除（IP 地址）使用ARP：

由于存在着各式各样的网络，使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此由用户或用户主机来完成这项工作几乎是不可能的事。但IP编址把这个复杂问题解决了。 连接到互联网的主机只需各自拥有一个唯一的IP地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便 ，因为上述的调用ARP的复杂过程都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。因此，在虚拟的IP网络上用P地址进行通信给广大的计算机用户带来很大的方便。