1. MAC地址

（1）定义

适配器（网络接口）的链路层地址。
①用于标识链路层帧从那个接口发出，到达那个物理相连的接口。
局域网中的每块网卡都有唯一的MAC地址。
MAC地址长度为6字节，共有2482^{48}248个可能的MAC地址。
①MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF
MAC地址固化在网卡ROM中，也可以使用软件修改。
MAC地址由IEEE统一管理与分配。
①网卡生产商购买MAC地址空间（前24比特）

（2）MAC地址和IP地址的比较

IP地址是网络层地址，MAC地址是链路层地址。
IP使用十进制表示法，MAC使用十六进制表示法。
IP地址是可变的，MAC地址是可固化的。

2. 地址解析协议（ARP）

每一个主机或路由器都有一个或多个MAC和IP地址。在已知IP地址情况下，如何确认MAC地址是一个问题。地址解析协议ARP就用于将IP地址映射为MAC地址。

ARP协议特点：

即插即用：结点自主创建ARP表。
链路层协议：将IP地址映射为MAC地址。

2.1 源和目的处于同一个局域网内

（1）定义
当源和目的主机处于同一个局域网时，源主机知道目的主机的IP地址时。那么源如何利用已知的目的IP地址确认其MAC地址呢？

ARP协议构造了网络层的IP地址和链路层MAC地址的映射关系。网络中的每个结点都维护了一个ARP表。

ARP表：存储其他LAN节点的IP/MAC的地址映射关系。
①结构：<IP地址；MAC地址；TTL>
②TTL：经过一段时间后原映射关系会被丢弃。

（2）IP/MAC映射步骤
主机A向同一局域网内主机B发送IP数据报的步骤：

检索ARP表：如果ARP表有目的IP表项，则直接输出对应MAC地址。否则，A广播ARP查询分组，并执行步骤2，3.
①ARP查询分组：目的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF，局域网内所有节点都会收到ARP查询分组。
B接收ARP查询分组：IP地址匹配成功，向A应答B的MAC地址。
①利用单播帧向A应答。
A缓存查询到的IP-MAC地址对：在ARP中增加IP-MAC表项，直至超时。
①超时后，再次刷新。

但是当两个主机A, B不在同一个局域网内时，A还是可以通过直接查询ARP表获得B的MAC地址吗？ARP协议是如何起作用的呢？

2.2 源和目的处于不同局域网内

（1）定义
当源和目的主机处于不同的局域网时，源主机通过路由器向目的主机发送IP数据报。那么源如何利用已知的目的IP地址确认其MAC地址呢？

假设：

A知道B的IP地址。
A知道路由器接口IP地址（默认网关）。
A知道路由器接口MAC地址（ARP协议）。

（2）过程：

构造IP数据报和链路层帧：
①IP：源和目的IP地址。
②帧：源和目的的MAC地址，封装A到B的IP数据报。
帧从源主机发送到路由器
①路由器接收帧，提取IP数据报，传递给上层IP协议。
②路由器检索转发表，转发IP数据报。
③创建链路层帧：源MAC地址是路由器MAC地址，目的是目的主机的MAC地址，封装IP数据报。
帧从路由器发送到目的主机
①目的主机接收帧，提取获得IP数据报，传递给上层IP协议。

综上所述，（1）源主机可以通过ARP表获得路由器的MAC地址，然后将IP数据报封装成链路层帧发送给路由器。路由器收到链路层帧，并提取IP数据报，接着查询转发表选择合适的路由。然后利用ARP表查找目的B的MAC地址，并将IP数据报封装成帧发送给目的主机B。（2）A不是直接使用ARP表获得B的MAC地址，而是先利用ARP地址获得路由器的MAC地址。然后路由器再利用ARP协议获取B的MAC地址。（源–>路由器–>目的）

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计算机网络（十七）——MAC地址与ARP协议

文章目录

1. MAC地址

2. 地址解析协议（ARP）

2.1 源和目的处于同一个局域网内

2.2 源和目的处于不同局域网内

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