1 邏輯地址和實體地址

邏輯地址（IP）：工作在網路層

• 全域性唯一
• 用軟體實現
• 日常以十進位制方式表示，二進位制為32位
• 介面的網路層地址
• 用於標識網路層(第3層)分組，支援分組轉發

實體地址（LAN地址、乙太網地址、硬體地址、鏈路地址、MAC地址）：工作在網路介面層

• 本地範圍唯一
• 用硬體實現
• 日常以16進製表示，二進位制為48位
• 作用：用於區域網內標識一個幀從哪個介面發出，到達
  哪個物理相連的其他介面
• 48位MAC地址(用於大部分LANs)，固化在網絡卡的ROM中，有時也可以軟體設定
  
  • e.g.: 1A-2F-BB-76-09-AD

MAC地址

• MAC地址由IEEE統一管理與分配
• 網絡卡生產商購買MAC地址空間(前24位元)
• 類比：
  
  • MAC地址：身份證號
  • IP地址：郵政地址
• MAC地址是“平面”地址： ➜ 可“攜帶”
  
  • 可以從一個LAN移到另一個LAN
• IP地址是層次地址： ➜ 不可“攜帶”
  
  • IP地址依賴於結點連線到哪個子網

windows中檢視IP地址和MAC地址的命令：ipconfig /all。

有了IP地址為什麼還要是使用MAC地址

• IP地址一般情況下容易改動，具有隨意性，不能在網路上固定標識一臺裝置
• MAC地址一般情況出廠時由廠家燒錄到硬體中，不容易修改，在居於範圍內容易定位唯一一臺裝置
• 從拓撲結構和分層上分析，IP地址屬於網路層部分，主要功能是廣域網內路由定址，選擇最佳路由，而MAC在網路介面層要形成適合於網路媒體上傳輸的資料幀。

2 ARP協議

ARP協議的概念

• ARP（Address Resilution Protocol）地址解析協議用於將計算機的網路IP地址轉化為物理MAC地址。ARP協議的基本功能就是通過目標裝置的IP地址，查詢目標裝置的MAC地址，以保證通訊的順利進行。在每檯安裝有TCP/IP協議的電腦裡都有一個ARP快取表，表裡的IP地址與MAC地址是一一對應的
• 不管網路層使用的是什麼協議，在實際網路的鏈路上傳送資料幀時，最終還是必須使用硬體地址
• 每一個主機都設有一個ARP快取記憶體（ARP cache），裡面有所在的區域網上的各主機和路由器的IP地址到硬體地址的對映表
• 當主機A欲訪問本區域網上某個主機B傳送IP資料報時，就先在ARP快取記憶體中檢視有無主機B的IP地址。如有，就可查出其對應的硬體地址，再將此硬體地址寫入MAC幀，然後通過區域網將該MAC幀發往此硬體地址

ARP快取記憶體的作用

• 為了減少網路上的通訊量，主機A在傳送其ARP請求分組時，就將自己的IP地址到硬體地址的對映寫入ARP請求分組
• 當主機B收到A的ARP請求分組時，就將主機A的這一地址對映寫到主機B自己的ARP快取記憶體中。主機B以後向A傳送資料時就更方便了。

ARP應該注意的問題

• 從IP地址到硬體地址的解析是自動進行的，主機的使用者對這種地址解析過程是不知道的
• 只要主機或路由器要和本網路上的另一個已知IP地址的主機或路由器進行通訊，ARP協議就會自動將該IP地址解析為鏈路層所需的硬體地址
• 預設情況下ARP快取的超時時限是兩分鐘

ARP相關命令

• arp -d清除本機arp快取表
• arp -a檢視本機當前arp表
• arp -s繫結arp地址（注意：本次機器生效，下次重啟後會全部失效）

區域網內的ARP舉例

• A想要給同一區域網內的B傳送資料報
  
  • B的MAC地址不在 A的ARP 表中.
• A廣播ARP查詢分組，其中包含B的IP地址
  
  • 目的MAC地址 = FF-FFFF-FF-FF-FF
  • LAN中所有結點都會接收ARP查詢
• B接收ARP查詢分組， IP地址匹配成功，向A應答B的MAC 地址
  
  • 利用單播幀向A傳送應答
• A在其ARP表中，快取B的IP-MAC地址對，直至超時
  
  • 超時後，再次重新整理
• ARP是“即插即用”協議:
  
  • 結點自主建立ARP表，無需干預

不在同一個區域網時需要獲取目標IP地址的實體地址

應該注意的問題

• ARP時解決同一個區域網上的主機或路由器的IP地址和硬體地址的對映問題
• 如果要找的主機和源主機不在同一個區域網上，那麼就要通過ARP找到一個位於本區域網上的某個路由器的硬體地址（MAC地址為某個路由器的MAC地址，而IP地址則為目標IP地址），然後把分組傳送給這個路由器，讓這個路由器把分組轉發給下一個網路，剩下的工作就由下一個網路來做，這就是所謂的代理ARP。

定址: 從一個LAN路由至另一個LAN

通訊過程: A通過路由器R向B傳送資料報

• 關注定址： IP地址(資料報中)和MAC地址(幀中)
• 假設A知道B的IP地址(怎麼知道的?)
• 假設A知道第一跳路由器R (左)介面IP地址 (怎麼知道的?)
• 假設A知道第一跳路由器R (左)介面MAC地址 (怎麼知道的?)

• A構造IP資料報，其中源IP地址是A的IP地址，目的IP地址是B的IP地址
• A構造鏈路層幀， 其中源MAC地址是A的MAC地址， 目的MAC地址是R(左)介面的MAC地址，封裝A到B的IP資料報。

• 幀從A傳送至R

• R接收幀，提取IP資料報，傳遞給上層IP協議

• R轉發IP資料報（源和目的IP地址不變！ ）

• R建立鏈路層幀，其中源MAC地址是R(右)介面的MAC地址，目的MAC地址是B的MAC地址，封裝A到B的IP資料報。

ARP分組格式

• 硬體型別：16位，一般為Ethernet（1）
• 協議型別：16位，一般為IPv4（0x0800）
• 硬體長度：8位，一般為6
• 協議長度：8位，一般為4
• 操作：16位，request（1）或reply（2）

ARP分組的二層封裝

3 RARP協議

• 逆地址解析協議RARP使只知道自己硬體地址的主機能夠知道其IP地址
• 往往是向伺服器請求IP地址
• 這種主機往往是無盤工作站，因此RARP協議目前已經很少使用