• MAC地址是以太网的MAC子层使用的地址 数据链路层
• IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址 网际层
• ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层，其作用是已知设备所分配到的IP地址，使用ARP协议可以通过该IP地址获取到设备的MAC地址 网际层
• 尽管IP地址和ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层，但是它们与MAC地址存在一定的关系，并且我们日常的网络应用都离不开MAC地址、IP地址以及ARP协议

MAC地址

• 点对点数据链路层不需要地址，但当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机间的通信，则每个主机都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(Media Access Control),因此这类地址被称为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地址有时也被称为物理地址。请注意：这并不意味这MAC地址属于物理层
  • 一般情况下，用户主机会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（无线网络卡）。每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器往往拥有更多网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。综上所述，严格来说，MAC地址是对网络上个接口的唯一标识，而不是对网络上设备的唯一标识。

IEEE 802局域网的MAC格式

一共六个字节，从左至右分别为第一字节到第六字节

• 前三个字节是组织唯一标识符OUI（有IEEE的注册管理机构分配）
• 后三个字节是获得OUI的厂商可自行随意分配
• 这种地址标识符称为拓展的唯一标识符EUI，对于48比特（6字节）的MAC地址，可称为EUI-48

• 由上两图，MAC地址有四种

  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

• 字节内比特发送顺序b0->b7

  MAC地址举例

  单播MAC地址举例

  
  B在数据帧中放入自己的MAC地址，和目的地址（C的地址），发送出来，A和C接收到A的地址和目的地址不匹配，对其，C的匹配，接收，交给上层

  广播MAC地址的举例

  B要发送广播帧，在目的地址填入广播地址，即全F，源地址字段填自己的MAC地址，再加上帧首部的其他字段和帧尾，构成该帧。发出去后，A和C都收到，发现是个广播地址，全部接收，交给上层。

  多播MAC地址

  
  
  A生成帧的时候吧多播地址填入目的地址，假设BCD支持多播，受到该帧后，在自己的多播组列表中查找该多播地址，查到就接收，查不到就丢弃。

• 给主机配置多播组列表进行私有应用时，不能使用共有多播地址

IP地址（介绍作用）

• IP地址属于网络层范畴
• 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：用来标识因特网上数以百万计的网络
  • 主机编号：标识同一网络上的不同主机（或路由器各接口）
  • 同一个网络上的各主机和路由器的各接口的IP地址的网络号部分应该相同，而主机号部分应该互不相同
• 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（这不是一般用户的应用方式）
  • 如果要接入因特网，两个地址都要使用

从网络体系结构看IP地址和MAC地址

IP地址输入网络层范畴，所以网络层首部中封装源IP地址和目的IP地址
MAC地址属于数据链路层范畴，所以数据链路层首部中封装源MAC地址和目的MAC地址

数据包转发过程中IP地址和MAC地址的变化情况

• 数据包转发过程中，源IP地址和源MAC地址保持不变。
• 源MAC地址和目的MAC地址逐个链路改变。

地址解析协议ARP

如何起作用

• 每个主机都有自己的一个ARP高速缓存表，里面有别的主机的IP地址和MAC地址的对应关系
• B想给C发送数据，但是只有IP地址，没有MAC地址
• 于是B发一个ARP请求报文
  • 报文内容封装在MAC帧中，目的地址为全F广播地址
  • 内容是自己的IP地址+自己的MAC地址+想知道MAC地址的主机的IP地址

• A收到报文，发现不是想要自己的MAC地址，不理会

• C收到报文

  • 发现想要自己的MAC地址，先把B的IP地址和MAC地址存入自己的ARP高速缓存表中

  • 给B发送ARP响应报文，封装在MAC帧中，告知自己的MAC地址

    • 告知B自己的IP地址和MAC地址

      

  • 其他主机也都能收到该单播帧，其他主机收到后，发现MAC地址不匹配，直接丢弃，B收到发现匹配，向上层交付，进行解析，然后将C的IP和MAC地址加入缓存表里，之后就可以发数据包了

• ARP高速缓存表中的每一条记录，都有其类型

  • 自动：自动获取，生命周期默认为两分钟；
  • 静态：手工设置，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者仍然有效

• ARP的作用范围：逐链路或逐个网络使用

• 除ARP请求和响应外，ARP还有其他类型的报文，例如检查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(攻击)问题