一、IP 地址与 MAC 地址
1、IP 地址与 MAC 地址的区别
2、不同层次、不同区间使用的源地址和目的地址
尽管互连在一起的网络的 MAC 地址体系各不相同，但 IP 层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节。
只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或路由器之间的通信。
二、地址解析协议 ARP
1、实现 IP 通信时使用了两个地址：
IP 地址（网络层地址）
MAC 地址（数据链路层地址）
2、地址解析协议 ARP 的作用
ARP (Address Resolution Protocol ) 作用：从 IP 地址解析出 MAC 地址。
3、ARP 高速缓存 (ARP cache)
4、ARP 查找 IP 地址对应的 MAC地址
本局域网上广播发送 ARP 请求（路由器不转发 ARP 请求）。
ARP 请求分组：包含发送方硬件地址 / 发送方 IP 地址 / 目标方硬件地址(未知时填 0) / 目标方 IP 地址。
单播 ARP 响应分组：包含发送方硬件地址 / 发送方 IP地址 / 目标方硬件地址 / 目标方 IP 地址。
ARP 分组封装在以太网帧中传输。
5、ARP 高速缓存的作用
存放最近获得的 IP 地址到 MAC 地址的绑定。
减少 ARP 广播的通信量。
为进一步减少 ARP 通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到 MAC 地址的映射写入 ARP 请求分组。
当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的 IP 地址及其对应的 MAC 地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。不必在发送 ARP 请求。
注：
1）、ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。
2）、如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。
6、使用 ARP 的四种典型情况
1）发送方是主机，要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。
2）发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。
3）发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。
4）发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上另一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。
注：
1）从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。
2）ARP将保存在高速缓存中的每一个映射地址都设置生存时间，凡是超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。（网络状态信息保鲜）
三、为什么要使用两种地址：IP 地址和 MAC 地址？
不同网络使用不同的 MAC 地址。MAC 地址之间的转换非常复杂。
对以太网 MAC 地址进行寻址也是极其困难的。
IP 编址把这个复杂问题解决了。
连接到互联网的主机只需各自拥有一个唯一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，即使必须多次调用 ARP 来找到 MAC 地址，但这个过程都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见的。
因此，在虚拟的 IP 网络上用 IP 地址进行通信非常方便。
四、 IP 数据报的格式
IP 数据报由首部和数据两部分组成
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。
可选字段，其长度是可变的
一、IP 数据报首部的固定部分中的各字段
版本——占 4 位，指 IP 协议的版本。目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)。
首部长度——占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)，因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。
区分服务——占 8 位，用来获得更好的服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段
总长度——占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。
标识 (identification) ——占 16 位，它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识。
标志(flag) ——占 3 位，目前只有前两位有意义。
标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。
MF=1 表示后面还有分片，MF=0 表示最后一个分片。
标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。
只有当 DF=0 时才允许分片。
片偏移——占 13 位，指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。
片偏移以 8 个字节为偏移单位。
