一、MAC地址和IP地址以及ARP协议

1.MAC地址：

单播MAC地址：

广播MAC地址：

多播MAC地址：

2.IP地址：

3.IP地址和MAC地址：

1.什么情况下使用？

2.IP地址和MAC地址填写位置？

3.数据包转发过程中IP地址和MAC地址是怎么变化的？

ARP协议：

二、集线器和交换机

集线器：

交换机：

对比：

使用集线器的共享总线型以太网（共享式以太网）和使用交换机的交换式以太网（交换式以太网）：

发送单播帧的情况：

发送广播帧的情况：

多台主机同时向一台主机发送单播帧的情况：

仅使用集线器扩展以太网和仅使用交换机扩展以太网：

发送单播帧的情况：

发送广播帧的情况：

多台主机同时发送帧的情况：

多台主机向与自己在同一个局域网内的目的主机发送帧：

多台主机发送单播帧，目的主机和一些主机在同一个网络，和另外一些不在同一个网络：

如果是将集线器和交换机结合在一起扩展的以太网呢？

一、MAC地址和IP地址以及ARP协议

注意：IP地址和ARP协议属于网络层的范畴，但是因为都与MAC地址有关系，所以放在一起讨论。

1.MAC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，则每个主机必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层的地址。

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。这类地址即MAC地址。MAC地址一般还被称为硬件地址或物理地址。严格上来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识。而不是对网络上各适配器的唯一标识。比如：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。

单播MAC地址：

目的地址字段即为目的主机的MAC地址。

目的主机接受，其余主机收到后丢弃。

广播MAC地址：

目的地址字段为FF-FF-FF-FF-FF-FF。

在该信道的主机都能接受。

多播MAC地址：

如果帧的从左往右数第一个字节的后半字节（或者该字节的最后一位为1）不能整除2（即1,3,5,7,9,B,D,F），那么该地址就为多播地址。

比如：07-E0-12-F6-2A-D8就为多播地址。

多播组列表中有该地址的主机就会接受，其余主机丢弃。

2.IP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：网络编号（标识因特网上的网络），主机编号（标识同一网络上的不同主机或路由器各接口）。

在第一章的时候我们有提到过，互连网是多个计算机网络互连而成的网络，每个计算机网络就简称为网络。而且之前也说过，网络层就是为了解决分组在多个网络之间传输的问题。那么我们现在要找到一个主机，肯定就得先找到它所在的网络，再在网络里面找主机。

因特网中不同网络的网络编号必须各不相同。

3.IP地址和MAC地址：

1.什么情况下使用？

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。

如果网络需要接入因特网，那么IP地址和MAC地址都需要使用。

2.IP地址和MAC地址填写位置？

IP地址在网络层协议首部填写。 MAC地址在数据链路层的协议首部（即帧头）填写。

3.数据包转发过程中IP地址和MAC地址是怎么变化的？

在数据包转发过程中，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。

就好像快递，你在网上查看物流信息时，快递的物流信息就像MAC地址，不停地变化。但是快递的发件地址和收件地址一直没变，就像IP地址一样。

ARP协议：

地址解析协议ARP就是通过IP地址找到MAC地址。实际上，每个主机都有一个ARP高速缓存表。该表中记录IP地址与MAC地址之间的关系。

当一个主机A想要给另外一个主机B发送数据包时，会先在自己的ARP高速缓存表里面查看是否有主机B的IP地址所对应的MAC地址。

如果没有，A就会发送一个ARP请求报文（广播），该报文封装在MAC帧中，目的地址字段为广播帧的目的地址字段，即FF-FF-FF-FF-FF-FF。报文中有A自己的MAC地址和IP地址以及目的主机B的IP地址，以此来寻找目的主机的MAC地址。

其他主机接收到该广播帧之后，对其进行解析，判断询问的IP地址是否为自己的IP地址。

如果是，就需要进行响应。假设现在B收到了该帧，发现询问的IP地址就是自己的IP地址。首先将请求报文中的A的IP地址和MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中，然后发送ARP响应报文，以告知自己的MAC地址。ARP响应报文被封装在单播帧中，目的地址字段为主机A的MAC地址，报文中有主机B自己的MAC地址和IP地址。其余主机收到后，检测到目的地址字段和自己的MAC地址不匹配，直接进行丢弃。