Esta es una pregunta de red general, no limitada a ningún microcontrolador.
La razón por la que puede ver la caché arp (la asignación entre direcciones IP y MAC) en su RPi o en cualquier otra computadora es que presumiblemente han estado encendidos durante un tiempo, han escuchado respuestas ARP de otras máquinas en la red, y los he guardado en caché.
Permítame reformular su pregunta: sin ningún otro IP en la red, y sabiendo la dirección MAC de otro dispositivo, ¿cómo puede encontrar su dirección IP?
La respuesta fácil es "escuchar de manera promiscua el tráfico y ver cuál es la dirección IP de origen en los paquetes que coinciden con la dirección MAC que te interesa (importante consejo de seguridad: en 802. * frames, destination La dirección MAC se envía primero, por razones que van más allá del alcance de esta publicación).
De lo contrario, cree manualmente un paquete ECHO ICMP para todos los servidores-esta-subred (255.255.255.255) y envíelo a la dirección MAC unicast de la máquina que le interesa. La respuesta vendrá de la dirección IP de unidifusión, y ahora lo sabrá.
Por supuesto, si la otra máquina está ejecutando IPv6, puede derivar la dirección IP local del enlace de la dirección mac, pero ya lo sabía :)