在網絡通訊時，源主機的應用程序知道目的主機的IP地址和連接埠號，卻不知道目的主機的硬件地址，而數據包首先是被網卡接收到再去處理上層協議的，如果接收到的數據包的硬件地址與本機不符，則直接丟棄。因此在通訊前必須獲得目的主機的硬件地址。ARP協議就起到這個作用。源主機發出ARP請求，詢問“IP地址是192.168.0.1的主機的硬件地址是多少”，並將這個請求廣播到本地網段（乙太網幀首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示廣播），目的主機接收到廣播的ARP請求，發現其中的IP地址與本機相符，則發送一個ARP應答數據包給源主機，將自己的硬件地址填寫在應答包中。

每台主機都維護一個ARP緩存表，可以用arp -a命令查看。緩存表中的表項有過期時間（一般為20分鐘），如果20分鐘內沒有再次使用某個表項，則該表項失效，下次還要發ARP請求來獲得目的主機的硬件地址。想一想，為什麼表項要有過期時間而不是一直有效？

ARP數據報的格式如下所示（該圖出自[TCPIP]）：

圖 36.7. ARP數據報格式

注意到源MAC地址、目的MAC地址在乙太網首部和ARP請求中各出現一次，對於鏈路層為乙太網的情況是多餘的，但如果鏈路層是其它類型的網絡則有可能是必要的。硬件類型指鏈路層網絡類型，1為乙太網，協議類型指要轉換的地址類型，0x0800為IP地址，後面兩個地址長度對於乙太網地址和IP地址分別為6和4（位元組），op欄位為1表示ARP請求，op欄位為2表示ARP應答。

下面舉一個具體的例子。

請求幀如下（為了清晰在每行的前面加了位元組計數，每行16個位元組）：

乙太網首部：目的主機採用廣播地址，源主機的MAC地址是00:05:5d:61:58:a8，上層協議類型0x0806表示ARP。

ARP幀：硬件類型0x0001表示乙太網，協議類型0x0800表示IP協議，硬件地址（MAC地址）長度為6，協議地址（IP地址）長度為4，op為0x0001表示請求目的主機的MAC地址，源主機MAC地址為00:05:5d:61:58:a8，源主機IP地址為c0 a8 00 37（192.168.0.55），目的主機MAC地址全0待填寫，目的主機IP地址為c0 a8 00 02（192.168.0.2）。

由於乙太網規定最小數據長度為46位元組，ARP幀長度只有28位元組，因此有18位元組填充位，填充位的內容沒有定義，與具體實現相關。

應答幀如下：

乙太網首部：目的主機的MAC地址是00:05:5d:61:58:a8，源主機的MAC地址是00:05:5d:a1:b8:40，上層協議類型0x0806表示ARP。

ARP幀：硬件類型0x0001表示乙太網，協議類型0x0800表示IP協議，硬件地址（MAC地址）長度為6，協議地址（IP地址）長度為4，op為0x0002表示應答，源主機MAC地址為00:05:5d:a1:b8:40，源主機IP地址為c0 a8 00 02（192.168.0.2），目的主機MAC地址為00:05:5d:61:58:a8，目的主機IP地址為c0 a8 00 37（192.168.0.55）。

思考題：如果源主機和目的主機不在同一網段，ARP請求的廣播幀無法穿過路由器，源主機如何與目的主機通信？