MAC地址，IP地址，ARP协议简述

MAC地址，IP地址，ARP协议简述

​ MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址；IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址；ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层，作用是通过IP地址获取到设备的MAC地址。

MAC地址

​ 两台主机通过一条链路进行通信，它们不需要使用地址就可以通信，因为连接在信道上的主机只有它们两个。使用点对点信道的数据链路层不需要使用地址。

​ 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的通信，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。使用广播信道的数据链路层必须使用地址来区分各主机。

​ 在每个主机发送的帧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，因此被称为MAC地址；MAC地址一般被固化在网卡（网络适配器）的电可擦可编程只读存储器EEPROM中，因此MAC地址也被称为硬件地址；MAC地址也被称为物理地址。

​ 一般情况下，用户主机包含两个网络适配器：有线局域网适配器（有线网卡）和无线局域网适配器（无线网卡）。每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器拥有更多的网络接口，所以会有更多的MAC地址。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。

IEEE 802局域网的MAC地址格式

IEEE 802局域网的MAC地址发送顺序

字节发送顺序：第一字节=>第六字节

字节内的比特发送顺序：b0=>b7

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：标识因特网的上的网络
• 主机编号：标识同一网络上不同的主机或路由器各接口

MAC地址不具备区分不同网络的功能。如果只是一个单独的网络，不接入因特网，可以只使用MAC地址；如果主机所在的网络要接入因特网，则IP地址和MAC地址都需要使用。

数据包转发过程中IP地址与MAC地址的变化情况

数据包转发过程中源IP地址和目的IP地址不变，源MAC地址和目的MAC地址逐个链路改变。

地址解析协议ARP

​ 源主机在自己的ARP高速缓存表中查找目的主机的IP地址所对应的MAC地址，若找到了，则可以封装MAC帧进行发送；若找不到，则发送ARP请求，该请求封装在广播MAC帧中；目的主机收到ARP请求后，将源主机的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中，然后给源主机发送ARP响应，该响应封装在单播MAC帧中，ARP响应中包含有目的主机的IP地址和MAC地址；源主机收到ARP响应后，将目的主机的IP地址与MAC地址记录到主机的ARP高速缓存表中，然后就可以封装之前想发送的MAC帧并发送给目的主机。

​ ARP高速缓存表中的记录都有其类型，分为静态和动态两种。动态类型指记录是主机自动获取到的，其生命周期默认为2分钟，当生命周期结束时，该记录将自动删除，因为IP地址与MAC地址的对应关系不是永久性的，例如主机的网卡坏了，更换新的网卡后，IP地址不变，但MAC地址改变。静态类型指记录是用户或网络维护人员手工配置的，不同操作系统下的生命周期不同，例如系统重启后不存在或系统重启后依然有效。

ARP的作用范围：逐段链路或逐个网络使用。ARP协议只能在一段链路或一个网络上使用。而不能跨网络使用。

除ARP请求和响应外，ARP还有其他类型的报文。例如用于检查IP地址冲突的“无故ARP，免费ARP"。

ARP没有安全验证机制，存在ARP欺骗问题。

参考

B站：计算机网络微课堂