MAC地址，IP地址以及ARP协议

MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址，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，有时也被称为物理地址。

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的网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。所以严格来说，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。

mac地址格式：已IEEE 802局域网的MAC地址格式为例：

IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址。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

IP地址表示：IPv4地址是因特网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符，因32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用。 IP地址编址的三个阶段，分别是分类编址，划分子网，无分类编址

一共分为A、B、C、D、E五大类

注意事项：只有A类、B类和C类地址可分配给网络中的主机或路由器的各接口；主机号为“全0”的地址是网络地址，不能分配给主机或路由器的各接口；主机号为“全1”的地址是广播地址，不能分配给主机或路由器的各接口

在新增网络申请，申请新的网络号时会带来以下弊端:需要等待时间和花费更多的费用;会增加其他路由器中路由表记录的数量;浪费原有网络号中剩余的大量IP地址。因为我们可以在32比特位中的IP地址将其中主机编码中的比特位用来划分子网。为了让电脑知道比特位中那几位用于子网划分，而引入了子网掩码。 在32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号

全称为无分类域间路由选择CIDR（Classless Inter-Domain Routing），CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址，以及划分子网的概念；CIDR可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前允许因特网的规模继续增长。

CIDR使用“斜线记法”，或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线“/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量，如128.14.35.7/20，网络号占用20比特数量，后12位表示主机编号；CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”

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，ARP的作用范围是逐段链路或逐个网络使用。

ARP协议过程描述如下：

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（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（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地址和MAC地址记录到自己的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 数据报转发过程中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地址保持不变；源MAC地址和目的MAC地址逐个链路（或逐个网络）改变如下图：