10.1、局域网—ARP协议

一、IP地址和MAC地址的区别

全世界的网络设备中，每一个网络设备都有一个唯一的MAC地址：

MAC地址在跨越子网时，可以携带，具有唯一性，因此被称为“平面”地址，IP地址是层次地址，跨越子网不可携带，不同的子网可能有相同的IP地址。

二、ARP协议

如果结点A想要给同一局域网内的结点B发送数据报，但是结点B的MAC地址不在结点A的 ARP表 中，那么结点A会通过广播ARP（发送一个目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的数据帧，数据帧中包含B的IP地址）查询结点B的MAC地址，在局域网内的所有结点都会接收到结点A的ARP查询，当结点B接收到结点A的广播ARP，匹配成功，并利用单播数据帧向结点A发送应答，当结点A收到结点B的应答时，结点A在其ARP表中，缓存结点B的IP-MAC地址对，直至超时，因此，当某个子网内新加入一个结点时，该新加入的结点ARP表为空，需要广播ARP（发送一个目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的数据帧，数据帧中包含目的结点的IP地址）来自主创建ARP表。

三、ARP协议的寻址过程

  如果结点A需要通过路由器向结点B发送数据报，如下图所示：

那么，结点A需要知道以下3个信息：
1、结点A需要知道了结点B的IP地址；
2、结点A的默认网关IP地址就是第一跳路由器R左边接口的IP地址；
3、结点A已经通过ARP协议知道第一跳路由器R左边接口的MAC地址。
  当结点A掌握了以上3个信息后，结点A会将源IP地址，源MAC地址，目的IP地址，目的MAC地址封装到IP层的数据报（封装IP地址）和链路层的数据帧（封装MAC地址）之中，如下图所示：

当数据从结点A发送至结点R之后，结点R提取IP数据报，传递给上层IP协议进行处理，结点R是否需要根据NAT协议的来修改源IP地址和目的IP地址，源MAC地址和目的MAC地址，需要根据以下条件来进行判断：

	源IP地址	目的IP地址
结点A是内网结点，结点B是互联网结点	修改	不修改

	源MAC地址	目的MAC地址
结点A是互联网结点，结点B是内网结点	不修改	修改

当结点R完成网络层的功能以后，会检索ARP表，将数据转发给结点B（只改变了源MAC地址和目的MAC地址），如下图所示：

因此，一个网关路由器结点R具有多个MAC地址，结点A发送数据之前会先查询网关路由器结点R的ARP表，确定下一个转发接口和下一个目的主机的MAC地址（可能要跳转多个路由器，也可能只跳转1个路由器）。