不同局域网使用ARP

Question

局域网 A 中的一台主机 N1，需要向另一个局域网 B 中的主机 N2 ，发送IP数据报，但是A此前并没有 同B有过联系，已知A中的路由器为R1，B中的路由器为R2.问：当N1成功发送IP数据报，并且N2成功接收后，N1的ARP高速缓存中是否有N2的MAC地址？

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在不同局域网之间的通信场景中，当主机N1（位于局域网A）尝试向主机N2（位于局域网B）发送IP数据报时，由于N1和N2处于不同的广播域，N1并不能直接获取到N2的MAC地址。ARP（Address Resolution Protocol）协议主要用于同一局域网内IP地址到MAC地址的转换，因此，N1首先会通过ARP查询其默认网关（通常是路由器R1）的MAC地址。

以下是详细的步骤描述：

1. N1查找本地ARP缓存：N1首先检查其ARP缓存中是否已经有路由器R1的MAC地址。如果没有，它将广播一个ARP请求，询问R1的MAC地址。

2. R1回应ARP请求：R1收到N1的ARP请求后，会发送一个ARP响应，其中包含R1的MAC地址。

3. N1更新ARP缓存并发送数据包给R1：N1收到R1的ARP响应后，会将R1的IP地址与MAC地址的映射关系存储在本地ARP缓存中，并封装IP数据报，将其发送给R1。

4. R1处理数据包：R1收到数据包后，根据目的IP地址，查找路由表，确定下一跳是R2。R1也会进行类似的ARP过程，找到R2的MAC地址，并将数据包转发给R2。

5. R2处理数据包：R2接收到数据包后，再次根据目的IP地址查找路由表，发现N2位于其直连网络上，然后R2通过ARP获取N2的MAC地址，将数据包直接发送给N2。

6. N2接收数据包：N2收到数据包后，对其进行解封装并处理。

7. 回应数据包：如果N2需要回应数据包，则会反向进行上述过程。此时，N2会通过ARP获取R2的MAC地址，R2再通过ARP获取R1的MAC地址，最后R1通过ARP获取N1的MAC地址。

在这个过程中，N1的ARP缓存中并不会直接有N2的MAC地址信息，因为N1和N2之间没有直接的通信路径。N1的ARP缓存中只会有其默认网关R1的MAC地址。然而，在N2回应数据包时，N1的ARP缓存中最终会添加N2的MAC地址条目，这是因为数据包从N2返回至N1的过程中，N1会通过ARP获取R1的MAC地址，而R1会通过ARP获取N2的MAC地址，然后将N2的MAC地址信息传递给N1。

为了更直观地理解这一过程，下面是一个简化版的示意图：

   N1 --- R1 ---- R2 --- N2
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 (局域网A) (互联网) (局域网B)

在这个图中，实线表示物理连接，虚线表示数据传输路径。N1和N2之间的数据传输需经过R1和R2的中转。