RARP 协议（手把手讲解）

RARP 协议详解

RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）是一种网络通信协议，用于将物理地址（MAC 地址）转换为对应的网络层地址（通常是 IP 地址）。它主要用于无盘工作站（Diskless Workstations）等场景中，这些设备知道自己的 MAC 地址，但不知道 IP 地址，需要通过 RARP 协议从服务器获取。

在局域网中，设备通过 ARP 获取 IP 对应的 MAC，而 RARP 则是反向操作，让设备通过自己的 MAC 获取对应的 IP。

核心概念

RARP 协议是基于广播的协议。当一台设备启动后，它会广播一个 RARP 请求报文，包含自己的 MAC 地址。RARP 服务器收到该请求后，查找 MAC 地址对应的 IP 地址，并将结果返回给设备。

RARP 报文结构与 ARP 类似，但操作码（Opcode）不同。RARP 的 Opcode 为 3，表示“请求解析 MAC 到 IP”。

例如：
MAC 地址为 00:1a:2b:3c:4d:5e 的设备请求 IP 地址，RARP 服务器返回 192.168.1.100。

工作原理

RARP 的流程如下：

设备发送广播请求，包含自己的 MAC 地址。
RARP 服务器接收到请求后，查找数据库，匹配 MAC 与 IP。
服务器单播回应设备，告知其 IP 地址。
设备配置该 IP 地址，完成网络初始化。

与 ARP 相比，RARP 的用途较为有限，随着 DHCP 的普及，RARP 逐渐被替代，但在一些特定环境中仍有应用。

实现示例（Python 模拟 RARP 请求）

以下代码为使用 Python 模拟发送 RARP 请求的过程，仅为教学演示：

import socket
import struct

eth_hdr = struct.pack('!6s6s2s', b'\xff\xff\xff\xff\xff\xff', b'\x00\x1a\x2b\x3c\x4d\x5e', b'\x80\x35')
arp_hdr = struct.pack('!HHBBH6s4s6s4s',
                      0x0001,  # 硬件类型（以太网）
                      0x0800,  # 协议类型（IP）
                      6,       # 硬件地址长度（MAC 为 6 字节）
                      4,       # 协议地址长度（IP 为 4 字节）
                      3,       # 操作码（RARP 请求）
                      b'\x00\x1a\x2b\x3c\x4d\x5e',  # 本机 MAC
                      b'\x00\x00\x00\x00',          # 本机 IP（初始化为全 0）
                      b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00',  # 目标 MAC（保留为全 0）
                      b'\x00\x00\x00\x00')          # 目标 IP（保留为全 0）

packet = eth_hdr + arp_hdr

s = socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW, socket.htons(0x0800))
s.bind(('eth0', 0))  # 假设使用 eth0 接口
s.send(packet)

说明：该代码使用 Python 的 socket 模块构造原始以太网帧和 RARP 报文，并通过网络接口发送。实际使用中需以管理员权限运行，并确保目标网络支持 RARP 服务。

与 ARP 的区别

特性	ARP（地址解析协议）	RARP（反向地址解析协议）
用途	将 IP 地址转换为 MAC 地址	将 MAC 地址转换为 IP 地址
请求方向	从 IP 到 MAC	从 MAC 到 IP
应用场景	普通主机获取目标 MAC	无盘工作站等设备获取自己的 IP
操作码 Opcode	1（请求）和 2（响应）	3（请求）和 4（响应）
协议类型	通常用于以太网 + IP	通常用于以太网 + IP
替代方案	DHCP、IPv6 邻居发现	通常由 DHCP 或 PXE 替代

替代协议介绍

随着网络技术的发展，RARP 协议逐渐被更灵活的 DHCP（动态主机配置协议）替代。DHCP 不仅可以分配 IP 地址，还能提供子网掩码、网关、DNS 等信息。

在无盘启动环境中，RARP 曾是主流方案，但现代系统更倾向于使用 PXE（Preboot Execution Environment）配合 TFTP 和 DHCP 来完成引导和 IP 分配。

例如，PXE 启动流程如下：

设备发送 PXE 请求（基于 DHCP 和 RARP 的扩展）。
DHCP 服务器分配 IP 地址和引导服务器地址。
TFTP 服务器提供引导文件（如 Linux 内核）。
完成系统引导。

总结

RARP 协议是一种用于将 MAC 地址映射到 IP 地址的早期协议，适用于无盘设备等场景。尽管现代网络中已较少使用，但它仍然是理解网络地址解析机制的重要知识。