什么是ARP协议
ARP(Address Resolution Protocol)协议是地址转换协议。负责将IP地址转换为MAC地址。
为什么需要ARP协议
为什么要把IP地址转换为MAC地址，仅凭IP地址不能传输数据吗？我们平时不是说凭IP地址就能找到一台物理主机吗？在网络层以及更上层协议来说凭IP地址可以找到一台物理主机，而这是建立在有ARP协议的基础上。当应用层把数据传输到数据链路层时，如果没有MAC地址仅仅有IP地址，数据是不能在数据链路层传输的。ARP协议就是借助IP地址获取MAC地址
好像陷入如下一个尴尬的局面：
没有MAC地址就不能传输数据，不能传输数据就没法获取对方的MAC地址，貌似是一个死锁的局面。
以太网帧结构
前同步码、帧开始符、CRC这三个字段是网卡在物理层发送数据添加上去的。
可以看到以太网数据帧中是用MAC地址表示物理主机的，而非IP地址。
ARP协议获取物理MAC地址的流程：
ARP协议就是根据IP地址查询网络地址。在ARP协议中有一个ARP缓存表的概念，ARP缓存表中记录了IP地址、MAC地址对，它们成对保存在ARP缓存表中。当有数据需要发送时先在ARP缓存表中查询IP地址对应的MAC地址，如果顺利的查询到，那么就用查询到的MAC地址作为目的地址发送数据，如果查询不到IP地址，那就有点小复杂了。
我们看一下ARP缓存表和ARP缓存表项，
ARP缓存表如下：
static struct etharp_entry arp_table[ARP_TABLE_SIZE];
ARP缓存表项如下：
struct etharp_entry {
#if ARP_QUEUEING
/** Pointer to queue of pending outgoing packets on this ARP entry. */
struct etharp_q_entry *q;
#else /* ARP_QUEUEING */
/** Pointer to a single pending outgoing packet on this ARP entry. */
struct pbuf *q; //在请求arp的过程中，数据包会暂时挂载到q链表上。
#endif /* ARP_QUEUEING */
ip_addr_t ipaddr; //ip地址
struct netif *netif; //网卡链表指针
struct eth_addr ethaddr; //mac地址
u8_t state;//arp表项的状态
u8_t ctime;//arp表项动态时间
};
ip_addr_t ipaddr; 表示IP地址，struct eth_addr ethaddr;表示MAC地址，这两个成员是ARP缓存表项最基本的而且是必须有的成员。
我们重点讨论一下在ARP缓存表中找不到对应的IP地址、MAC地址对该怎么办，
主机A要给主机B发送数据，但在ARP缓存表中没有找到主机B的MAC地址，那么主机A将要发送的数据暂时挂载到链表q上，然后主机A发送一个ARP请求包，这个请求包是广播形式发送的，很明显必须是广播形式，这就像老师不认识学生张三，只能在教室喊一声：“谁是张三”，这个喊一声就是广播，教室内的每一个学生都会都到这个信号，同理与主机B同一网络内的其它主机也都收到此广播信号。到此请求完成。接下来就是主机B应答ARP了，主机B收到广播信息，发现是请求自己，于是把自己的IP地址和MAC地址一同应答给主机A。
忘记说了收到ARP广播包以后，各个主机如何判断是不是请求自己呢？注意ARP请求包中携带了要请求主机B的IP地址(可以参考后面的ARP报文结构)，各个主机收到以后会和自己的IP地址对比，如果是就应答，不是就不理会()。
如果主机A请求到了主机B的MAC地址，那么主机A会发送该表项上的数据，也就是先前挂载到链表q上的数据。
ARP报文结构分析
ARP报文结构
目标MAC地址和源MAC地址：填入对应的值即可，源MAC地址肯定知道，但是对于目的MAC地址来说，ARP请求的就是目的MAC地址，所以ARP请求包中目的MAC地址就用0xFF填充，表示广播，让同一个网段内的所有主机都能收到。
帧类型：对于ARP请求包来说是0x0806，对于IP数据包来说，该字段的值是0x0800。
硬件类型：对于以太网地址来说是1，还可能有其它值。
协议类型：对于映射MAC地址来说是0x0800。
硬件地址长度：对于以太网来说是6，也就是MAC地址的长度。
协议地址长度：对于以太网来说是4，也就是IP地址的长度。
OP：ARP数据包的类型，1表示ARP请求，2表示ARP应答。
源MAC地址，源IP地址：根据源主机如实填写。
目标MAC地址，目标IP地址：对于ARP请求包来说，因为此时还不知道目标MAC地址，那么目标MAC字段就要填写0；对于ARP应答来说，那就无所谓了，已经都知道了。