文章目录
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- [一、 ARP协议与MAC层](#一、 ARP协议与MAC层)
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- 1.TCP/IP协议
- [2. MAC地址](#2. MAC地址)
- [3. ARP映射](#3. ARP映射)
- [4. ARP请求和ARP应答](#4. ARP请求和ARP应答)
- 二、以太网帧格式
- 三、ARP协议
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- [1. 以太网ARP通信测试：](#1. 以太网ARP通信测试：)
以太网使用的协议很多，常用的有ARP、UDP等。
再介绍具体协议之前需要先知道一些基本的概念：
一、 ARP协议与MAC层
Q:ARP协议是是什么？它和MAC层的关系是什么。
A:
1.ARP (Address Resolution Protocol)即地址解析协议，是根据 IP 地址 （逻辑地址）获取 MAC 地址的一种 TCP/IP 协议 。
2.在以太网中，一个主机和另一个主机进行通信，必须要知道目的主机的 MAC 地址 （物理地址），而目的 MAC 地址的获取由 ARP 协议完成。
3.在以太网通信中，数据是以"帧"的格式进行传输的，帧格式里面包含目的主机的MAC 地址。因此在通信前需要先获得目的 MAC 地址，而 ARP 协议正是实现了此功能
4.在获取到目的 MAC地址之后，将目的MAC地址更新至ARP缓存表 中，称为ARP映射。下次通信时，可以直接从 ARP 缓存表中获取，而不用重新通过 ARP 获取 MAC 地址。但一般 ARP缓存表会有过期时间，过期后需要重新通过 ARP 协议进行获取。
接下来介绍一下上面这段话中的一些专有名词
1.TCP/IP协议
TCP/IP 是网络使用中最基本的通信协议，虽然从名字看上去 TCP/IP 包括两个协议，TCP 和 IP，但 TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：TCP、IP、ARP、UDP 等。
而 TCP 协议和 IP协议是保证数据完整传输的两个重要的协议，因此 TCP/IP 协议用来表示 Internet 协议簇。
TCP/IP协议不仅可以运行在以太网上，也可以运行在FDDI(光纤分布式数据接口)和WLAN（无线局域网）上。反过来，以太网的高层协议不仅可以是TCP/IP协议，也可以是IPX协议（互联网分组交换协议）等，只不过以太网+TCP/IP 成为 IT 行业中应用最普遍的技术。
2. MAC地址
MAC地址在网络中表示网卡的 ID，每个网卡有且仅有一个 MAC 地址。
格式：MAC地址通常由12个十六进制字符组成，分为6对，用冒号或连字符分隔，例如00:1A:2B:3C:4D:5E。
3. ARP映射
将 IP 地址和 MAC 地址映射起来，分为静态映射 和动态映射 。
如下图ARP映射表，左边是IP地址，右边是MAC地址，实现映射。
静态映射： 指手动创建一张 ARP 表，把 IP 地址和 MAC 地址关联起来。手动绑定之后，源主机在通信 之前，就可以直接从 ARP 表中直接找到 IP 地址对应的 MAC 地址，但这样做有一定的局限性，因为 MAC地址可能会变化，比如：
1） 机器可能更换 NIC（网络适配器），结果变成一个新的物理地址；
2）在某些局域网中，每当计算机加电时，他的物理地址都要改变一次。
3） 移动电脑可以从一个物理网络转移到另一个物理网络，这样会改变物理地址。
要避免这些问题出现，必须定期维护更新ARP表，此类比较麻烦而且会影响网络性能。
动态映射 ：指使用协议来获取相对应的物理地址，之所以用动态这个词是因为这个过程是自动完成的，一般应用程序的用户或系统管理员不必关心。已经设计出用于实现动态映射协议的有ARP 和 RARP（逆地址解析协议）两种 ，如下图所示
ARP ：把 IP 地址映射为物理地址RARP ：把物理地址映射为 IP 地址。（这里不重点讲述）
4. ARP请求和ARP应答
ARP请求 ：源主机发起查询目的 MAC 地址的报文称为 ARP 请求
ARP应答 ：目的主机响应源主机并发送包含本地 MAC 地址的报文称为 ARP 应答
由于发送的目的 MAC 地址为广播地址，所以此时局域网中的所有主机都会进行接收并处理这个 ARP 请求报文，然后进行验证，查看接收方的 IP 地址是不是自己的地址。是则返回 ARP 应答报文，不是则不响应。
主机 A 将收到的 ARP 应答报文中的目的 MAC 地址解析出来，将目的 MAC 地址和目的 IP 地址更新至 ARP 缓存表中。当再次和主机 B 通信时，可以直接从 ARP 缓存表中获取，而不用重新发起 ARP 请求报文。
ARP 缓存表中的表项有过期时间（一般为 20 分钟），过期之后，需要重新发起 ARP 请求以获取目的 MAC 地址。
介绍ARP协议之前，先了解一下以太网的帧格式
二、以太网帧格式
ARP 协议通过以太网进行传输，那么必须也要按照以太网所规定的格式进行传输，那先来介绍一下太网的帧格式，随后再详细介绍 ARP 协议的具体格式。
我们知道串口通信单次只传输一个字节 ，而以太网通信是以数据包的形式传输 ，其单包数据量达到几十，甚至成百上千个字节。下图为以太网通过 ARP 传输单包数据的格式。
以太网 MAC 帧格式：
注意 ：以太网相邻两帧之间的时间间隔，即帧间隙 （IFG，Interpacket Gap）。
帧间隙的时间就是网络设备和组件在接收一帧之后，需要短暂的时间来恢复并为接收下一帧做准备的时间，IFG 的最小值是 96 bit time ，即在媒介中发送 96 位原始数据所需要的时间，在不同媒介中 IFG的最小值是不一样的。
不管10M/100M/1000M的以太网，两帧之间最少要有 96bit time，IFG 的最少间隔时间计算方法如下：
10Mbit/s 最小时间为：96100ns = 9600ns；
100Mbit/s 最小时间为：96 10ns = 960ns；1000Mbit/s 最小时间为：96*1ns = 96ns。
三、ARP协议
ARP 协议属于 TCP/IP 协议簇的一种，ARP 协议位于以太网 MAC帧格式的数据段 ，ARP 数据包格式如下图所示。
1. 以太网ARP通信测试：
主机和fpga参数如下：
1：上位机发送ARP请求，FPGA产生ARP应答
2：FPGA发出ARP请求，上位机产生ARP应答
Q：上位机可以通过win的命令：arp-a 查看fpga的IP 和 MACY的映射，那如何查看fpga接收到的上位机信息呢？
A：这里使用wireshark 软件对以太网通信进行抓包。
