1、ARP報文格式
ARP協議工作在數據鏈路層，網絡中傳輸的ARP包示意如下（由於字段較多，這裏對連續字段進行換行處理）：
| 幀頭 | Data(ARP包) | FCS |
ARP包：
| Hardware Type | Protocol Type | Hardware Length | Protocol Length | Operation Code |
| 16位 | 16位 | 8位 | 8位 | 16位 |
| Source Hardware Address | Source Protocol Address | ||
| 48位 | 32位 |
| Destination Hardware Address | Destination Protocol Address |
| 48位 | 32位 |
Hardware Type：硬件類型，指物理網絡的類型，如以太網（值爲1）
Protocol Type：協議類型，指網絡協議類型，如IP協議（值爲0x0806）
Hardware Length：硬件地址長度，指MAC地址長度，通常爲6字節
Protocol Length：協議地址長度，指I票地址長度，通常爲4字節
Operation Code：操作類型，指明ARP操作類型，ARP請求爲1；ARP響應爲2；RARP請求爲3，RARP響應爲4
Source Hardware Address：發送方硬件地址
Source Protocol Address：發送方IP地址
Destination Hardware Address：接收方硬件地址
Destination Protocol Address：接收方IP地址
2、ARP運行過程
一臺設備通過網絡向另一臺設備發送數據時，進行IP報文和幀封裝時必須要填入目標設備的IP地址和MAC地址，而從上層交付的信息中只告知了目標IP地址，MAC地址則需要設備通過ARP協議自行獲取。
當源主機需要向目的主機發送數據時，源主機會先查看自己的ARP緩存表中是否有目標IP地址和MAC地址，若有則直接使用，若沒有則通過ARP協議到網絡中詢問。詢問過程是源主機向網絡中廣播一個ARP請求報文（即Operation Code=1），該報文包含了源IP、源MAC和目的IP。所有接受到該廣播的設備均用自己的IP與目的IP進行比對，若不一致則不響應該請求，若一致則向源主機發送一個ARP響應報文（即Operation Code=2），其中就包含了目的主機的MAC地址。這樣源主機和目的主機都知道了對方的IP及對應的MAC地址，並更新其ARP緩存表待以後使用。若ARP緩存表中的條目長時間不使用，主機會將該條目刪除下次需要時再通過ARP詢問，條目的默認緩存時間通常是1200S。需要注意的是ARP請求報文是廣播包，也就是說該報文不能穿越路由器，不能轉發到其他廣播域，只能被主機所在網段內的其他主機收到。
3、ARP代理
若主機配置了網關（一般是路由器），則發往另一個網段的數據會直接發往網關而不需要通過ARP協議獲取MAC地址。若主機沒有配置網關，則發往另一個網段的數據會被直接丟棄，ARP協議根本不會起作用。只有當源主機認爲目標與自己處於同網段，但實際上目標主機處於另一網段，且他們之間通過一個路由器連接在一起（後面會詳細說明這種情況）。因爲源主機認爲目標與自己處於同網段，所以源主機依舊向網段內廣播ARP請求報文，啓用了ARP代理的路由器也會收到該報文，路由器先查看目標主機的IP是否在自己的路由表中，若不存在則丟棄該報文，若存在則路由器會向源主機返回一個ARP應答報文，應答報文中目標IP對應的MAC地址是路由器自己的MAC地址。源主機記錄該MAC地址後，需要發往目標主機的數據均會發往路由器再由路由器轉發。
4、免費ARP
免費ARP報文中的目的IP就是源主機本身，該報文依舊通過廣播的形式發到廣播域，其目的在於檢測廣播域內是否有主機與源主機IP衝突，另外還可以更新廣播域內其他主機的ARP緩存表。
【ARP代理奇怪的作用範圍】前面講到ARP代理的產生條件非常有限，首先源主機要認爲自己與目的主機位於同網段，但實際又不在同網段，這是怎麼回事呢。
實際上是可能的，這是由於掩碼不同導致的問題。前幾章中我們講到過VLSM（可變長子網掩碼）技術，也就是說一個IP可以使用不同的掩碼來劃分網段。那就會產生一種情況，如A:192.168.0.1/255.255.0.0和B:192.168.1.1/255.255.255.0這兩個IP，因爲掩碼的問題導致A認爲B與自己是同一網段，但B卻認爲A與自己不在同一網段，這種情況下的通訊就需要依靠ARP代理了。
【ARP到底工作於那一層】在學習時我們發現OSI模型中將ARP劃分到數據鏈路層，而在TCP/IP模型中又將ARP劃分到了網絡層，那ARP到底是那一層呢。
首先OSI模型是一個理論模型，而TCP/IP模型是網絡實現後才進行劃分的。OSI分爲7層，最低層包括物理層、數據鏈路層、網絡層等等。TCP/IP分爲4層，包括網絡接入層、網際互連層、傳輸層、應用層。這裏誤會的產生就在TCP/IP模型中將最低層叫做網絡層，實際上它對應的是OSI中的物理層和數據鏈路層，所以把名字改成接入層大家就不爭論了吧。實際上ARP在網絡中傳輸時也並不包含IP頭。
【ARP緩存表】ARP緩存表就是個IP-MAC對照表，設備會定期對其進行更新和清理。
【網關】網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址（路由器的IP）。比如有網絡A和網絡B，網絡A的網段爲192.168.1.0/255.255.255.0；網絡B的網段爲192.168.2.0/255.255.255.0。在沒有路由器的情況下，兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的，即使兩個網絡連接在同一臺交換機上，TCP/IP協議也會根據子網掩碼判定兩個主機處於不同的網絡裏。而要實現這兩個網絡之間的通信則必須通過網關。如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不再本地網絡中，就把數據包轉發給它自己的網關，再由網關轉發給網絡B的網關，網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機。