计算机网络之MAC和IP地址

MAC地址

在局域网中，硬件地址，又称为物理地址或MAC地址。

目前现在的局域网中实际上使用的都是6字节的MAC地址，所以每一个以太网设备都具有唯一的MAC地址。

MAC地址的格式

假设传输使用的是IP数据，V2的MAC帧较为简单，由五个字段组成，前面的两个字段分别为6字节的目的地址和源地址，第3个字段是类型，主要用来标识上一层用的是什么协议，第四个字段是数据字段，最后的一个字段是4字节的帧检验序列FCS，主要是检验整个MAC帧，但是不包括物理层插入的八字节的前同步码和帧开始符号。

从图上也能看到传输媒体时实际要比实际传送多8个字节，其中它也由两个字段构成，第一个字段时前7个字节的前同步码，作用是使接收端的适配器在接收MAC帧，实现位对齐，第二个字段是帧开始符号，即告诉适配器需要接收MAC信息帧了。

MAC只负责某一区间之间的通信传输，和IP不太一样，IP数据包是需要发送到最终目的地址，而MAC负责主机到源地址的上一级路由，以此不断在区间传输，然后最终可以送到最终目的地址。

IP协议

网络协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是互联网重要的标准协议之一

配套协议有：

• 地址解析协议ARP

• 网际控制报文协议ICMP

• 网际组管理协议ICMP

IP协议与其配套协议的图如下，各层都有对应的一些协议

将网络连接起来需要一些中间设备，包括转发器、网桥、桥接器、交换机、路由器、网关。

IP地址

IP地址在整个互联网范围内是唯一的，可以记作：

IP 地址 ::= {<网络号>, <主机号>}

假设IP地址是32位，需要假设需要n位网络位，则剩余需要（32 - n）位。

IP地址可以分成五类地址：

• A类地址

• B类地址

• C类地址

• D类地址

• E类地址

C类地址可以表示的主机数：

$$2^8-2=254$$

之所以减2的是因为主机号全为1代表该网络下的全部主机，全为0代表的是某个网络

地址解析协议ARP

ARP协议：已经知道IP地址，可以找出其对应的硬件地址MAC地址。

RARP协议：可以根据硬件地址的主机可以通过RARP协议找出其IP地址。

ARP原理：可以在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表（ARP高速缓存（ARP cache))

ARP主要是ARP请求和ARP响应：主机会通过广播发送ARP请求，同一个链路的设备收到ARP请求，会拆开ARP请求包的内容，如果ARP请求的目标IP地址和自己的IP地址一致，这个设备就可以将这个MAC地址塞入ARP响应包返回给主机。

RARP协议：这时候需要架设一台RARP服务器，将这个设备接入到网络

• 比如一个设备想知道这个的IP地址，我的MAC地址是XXX，请告诉我，我的IP地址应该是什么？

• RARP服务器接到这个消息后返回MAC地址为XXX的设备，IP地址为XXX给这个设备。

IP数据报的格式

IP数据报由首部和数据两部分组成，由首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。

IPV4：

IPV6的报文格式

IPV4和IPV6格式对比：

优势：

• 更大的地址空间

• 扩展的地址层次结构

• 灵活的首部格式

• 改进的选项

• 允许协议继续扩充

• 支持资源的预分配

• IPV6首部改成8字节对齐

改进：

• 取消了首部检验和字段。这样可以加快路由器处理数据报的速度，在数据链路层和网络层都需要校验

• 取消了标识、标志和片偏移字段，这些功能已经包含在分片扩展首部中

• 取消选项字段，用扩展首部来选项功能
  齐

改进：

• 取消了首部检验和字段。这样可以加快路由器处理数据报的速度，在数据链路层和网络层都需要校验

• 取消了标识、标志和片偏移字段，这些功能已经包含在分片扩展首部中

• 取消选项字段，用扩展首部来选项功能