【计算机网络】第三章 数据链路层（MAC地址 IP地址 ARP协议）

3.7.1 MAC地址

MAC地址（Media Access Control address）是网络设备（如网卡、无线网卡）在数据链路层上的唯一标识符。以下是有关MAC地址的一些要点：

描述：MAC地址是一个由48个二进制位（通常以十六进制表示）组成的全球唯一标识符，用于识别计算机网络中每个网络接口（NIC）的物理硬件地址。

功能：MAC地址用于在局域网中唯一标识网络设备。它在数据链路层提供了直接的寻址能力，以便将数据从源设备发送到目标设备。

格式：MAC地址由六组以冒号或连字符分隔的十六进制数表示。例如，00:1A:2B:3C:4D:5E。前三组（24个二进制位）通常代表厂商识别码（OUI，Organizationally Unique Identifier），后三组（24个二进制位）是为该厂商分配的设备唯一标识码。

唯一性：每个网络设备的MAC地址应该是唯一的，这样可以确保在局域网中没有重复的地址。唯一性由IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）组织负责管理和分配。

广播地址：MAC地址中的特殊地址之一是广播地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）。当需要向局域网中的所有设备发送消息时，可以使用广播地址。

MAC地址是一个本地地址，只在同一局域网内有意义。在通过路由器连接到不同网络之间进行通信时，需要使用IP地址来进行寻址。

MAC：是以太网的 MAC 子层所使用的地址，属于数据链路层。
当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机之间进行通信，则每个主机必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层地址。
在每个主机发送的桢中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址是用于媒体接入控制MAC（Media Access Control）,因此这类地址被称为MAC地址。

一般情况下，用户主机会包含两个网络适配器：有线网络适配器（有线网卡）和无线网络适配器（无线网卡）。每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和网络路由器往往拥有更多的网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。综上：严格来说，MAC 地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。

3.7.2 IP地址

IP 地址是因特网上的主机和路由器所使用的地址，用于标识两部分信息：

• 网络编号：标识因特网上数以百万计的网络
• 主机编号：标识同一网络上不同主机（或路由器各接口）

IP地址属于网络层。

数据包转发过程中IP地址与MAC地址的变化情况

3.7.3 ARP协议

ARP地址解析协议
ARP 协议只能在一段链路或者一个网络上使用，而不能跨网络使用。

ARP（Address Resolution Protocol）是一种用于将IP地址解析为物理地址（MAC地址）的网络协议。以下是关于ARP协议的一些要点：

描述：ARP协议是在TCP/IP协议栈中的网络层和数据链路层之间进行通信的协议。它通过发送特定的消息来获取目标设备的MAC地址。

功能：ARP协议主要有两个功能：

解析IP地址：当主机需要发送数据到一个目标IP地址时，它首先会检查本地ARP缓存表以查找对应的MAC地址。如果缓存表中没有该IP地址对应的MAC地址，则会发送一个ARP请求。

更新和维护ARP缓存：当主机接收到其他主机发来的ARP请求时，会更新本地ARP缓存，并向请求方回复自己的MAC地址以供其使用。
工作原理：当源主机要发送数据到目标主机时，它首先查找本地ARP缓存表。如果找到了目标IP地址对应的MAC地址，则直接发送数据帧到目标主机。如果没有找到，则源主机会广播一个ARP请求消息到本地网络中的所有主机，请求目标主机的MAC地址。目标主机接收到该请求后，会向源主机发送一个ARP响应消息，其中包含了自己的MAC地址。源主机接收到响应后，就可以利用目标主机的MAC地址发送数据。

ARP缓存：每个主机都维护一个ARP缓存表（也称为ARP缓存），用于保存IP地址和对应的MAC地址。这样做可以避免频繁地发送ARP请求。ARP缓存表中的条目具有一定的生存时间，超过该时间后将被认为是过期的并需要重新获取。

ARP协议在局域网（LAN）环境中工作，通过广播消息进行通信。对于跨越路由器的通信，可能需要使用其他协议，如RARP（Reverse Address Resolution Protocol）或者使用ARP代理等技术。