ARP, OSI modelinin Katman 3’ünde değil, Katman 2’sinde (Veri Bağlantısı katmanı) çalışır. Yerel bir ağ segmenti içindeki IP adreslerinin MAC adreslerine çözümlenmesinden sorumludur. Ağdaki bir cihazın IP adresini kullanarak başka bir cihazla iletişim kurması gerektiğinde, aynı alt ağdaki tüm cihazlara bir ARP istek mesajı yayınlar. ARP isteğinde belirtilen IP adresine sahip olan cihaz, MAC adresini içeren bir ARP yanıt mesajıyla yanıt verir. Bu, istekte bulunan cihazın IP adresini MAC adresiyle eşleştiren bir ARP önbellek girişi oluşturmasına olanak tanır ve Katman 2’de doğrudan iletişimi kolaylaştırır.
Katman 3 anahtarları genellikle ARP tablolarını korumaz. ARP tabloları öncelikle geleneksel anahtarlar ve ağ arayüz kartları (NIC’ler) gibi Katman 2’de çalışan cihazlar tarafından kullanılır. Çok katmanlı anahtarlar olarak da bilinen Katman 3 anahtarları, hem Katman 2 hem de Katman 3’te çalışarak farklı IP alt ağları arasında yönlendirme işlevleri gerçekleştirir. Yönlendirme kararlarını Katman 2 adres çözünürlüğüne özel olan ARP tabloları yerine Katman 3 (IP) adreslerine dayalı olarak almak için genellikle yönlendirme tablolarını kullanırlar.
ARP, IP adreslerini yerel bir ağ içindeki MAC adreslerine çözümlemek için bir dizi adımı izleyerek çalışır. Bir cihaz kendi IP adresini kullanarak başka bir cihazla iletişim kurmak istediğinde, öncelikle eşleşen bir IP-MAC adres eşlemesi için ARP önbelleğini (varsa) kontrol eder. Eşleme bulunamazsa cihaz, çözmek istediği IP adresini belirterek yerel ağdaki tüm cihazlara bir ARP istek paketi yayınlar. IP adresine sahip olan cihaz, MAC adresini içeren bir ARP yanıt paketiyle yanıt verir. Talep eden cihaz daha sonra ARP önbelleğini IP-MAC adres eşlemesiyle günceller ve sonraki iletişimlerin doğrudan Katman 2’de gerçekleşmesine olanak tanır.
ARP, OSI modelinin veri bağlantı katmanında çalıştığı için Katman 2 protokolüdür. Birincil işlevi, yerel bir ağ kesimi içindeki iletişim için IP adreslerini MAC adreslerine çözümlemektir. ARP mesajları Ethernet çerçeveleri (veya diğer veri bağlantı katmanı protokolleri) içinde kapsüllenir ve bu da onları, cihazların aynı fiziksel ağ segmenti içinde veri paketlerini değiştirmek için MAC adreslerini kullanarak iletişim kurduğu Katman 2 işlemlerine özel kılar.