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[2.1 ARP协议的作用](#2.1 ARP协议的作用)
用于两个设备（同一种数据链路节点或者子网、网段)之间进行传递
1.以太网初识
"以太网"不是一种具体的网络，而是一种技术标准；既包含了数据链路层的内容，也包含了一些物理层的内容。例如：规定了网络拓扑结构，访问控制方式，传输速率等；
例如以太网中的网线必须使用双绞线；传输速率有10M，100M，1000M等；
以太网是当前应用最广泛的局域网技术；和以太网并列的还有令牌环网，无线LAN等；
1.1以太网帧格式
源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址)，长度是48位，是在网卡出厂时固化的；
帧协议类型字段有三种值,分别对应IP、ARP、RARP，表示上层要交付的协议的类型。
帧末尾是CRC校验码。
如下为AI内容：
1.2认识MAC地址
MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点；
长度为48位，即6个字节。一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如：08:00:27:03:fb:19)
在网卡出厂时就确定了，不能修改。mac地址通常是唯一的（虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址，可能会冲突；也有些网卡支持用户配置mac地址).
1.3Mac与IP地址
IP地址描述的是路途总体的起点和终点；
MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点；
1.4认识MTU
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制.这个限制是不同的数据链路对应的物理层，产生的限制
以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位(前面图里的PAD);注意，是有效载荷，而不是整个mac帧大小。
最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的MTU;
如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片(fragmentation);
不同的数据链路层标准的MTU是不同的；
1.5MTU对IP协议的影响
由于数据链路层MTU的限制，对于较大的IP数据包要进行分包
将较大的IP包分成多个小包，并给每个小包打上标签；
每个小包IP协议头的16位标识(id)都是相同的；
每个小包的IP协议头的3位标志字段中，第2位置为0，表示允许分片，第3位来表示结束标记（当前是否是最后一个小包，是的话置为1，否则置为0);；
到达对端时再将这些小包，会按顺序重组，拼装到一起返回给传输层；
一旦这些小包中任意一个小包丢失，接收端的重组就会失败.但是IP层不会负责重新传输数据；
1.6MTU对UDP协议的影响
一旦UDP携带的数据超过1472(1500-20(IP首部）-8(UDP首部))，那么就会在网络层分成多个IP数据报.
这多个IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败.那么这就意味着，如果UDP数据报在网络层被分片，整个数据被丢失的概率就大大增加了。
1.7MTU对于TCP协议的影响
TCP的一个数据报也不能无限大，还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度，称为MSS(Max Segment Size);简单的理解就是，MTU是mac帧有效载荷的大小限制，那么往上，依次去掉网络层标准的20字节报头，传输层标准的20字节报头，那么传输层的MSS即tcp的有效载荷大小最大就是1460（假设MTU为1500）。
TCP在建立连接的过程中，通信双方会进行MSS协商
最理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度（这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU)
双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值，
然后双方得知对方的MSS值之后，选择较小的作为最终MSS。
MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2);
稍微总结下，整个网络通信的过程中（以太网协议），假设主机A把消息发给主机B，那么，过程如下：主机A把消息从应用层向下传递，依次封装。
其中，网络层会把自己的ip、主机B的ip放入报头，数据链路层则放入自己的mac地址，和本地子网的路由器的mac地址（假设主机B在路由表中没有被发现，被发现的话会填入主机B的mac地址，另外，不清楚mac地址的话就要靠ARP协议，详情看下面）。
然后将报文通过物理层发送到整个局域网里，此时以太网中，所有主机都会收到这个报文，根据这个报文的目的mac，与自己的mac进行比较。
没有校对成功的主机在数据链路层就把报文丢弃，上层不清楚这个报文的存在，校对成功的主机则将报文进行分用，继续向上层传递。
接着报文在网络中经过了复数个子网，最后到达了主机B所在的子网，以类似的原理最终将报文送到了主机B。
注意，以太网中是有碰撞检测的（就是多个主机都发了报文，然后内容就乱了），发送碰撞就要进行碰撞避免(比如这几个主机都先沉默，等一会儿再发，减少碰撞的概率)等等。
我们想下，如果局域网里的主机太多，那么发送碰撞的概率几乎是必然的，那怎么办呢？这时候就是交换机的作用了。具体的我就不说了，了解下即可。如下为AI
1.8查看硬件地址和MTU
linux下ifconfig
windows下ipconfig /all和netsh interface ipv4 show subinterface
2.ARP协议
虽然我们在这里介绍ARP协议，但是要注意！！！，ARP不是一个单纯的数据链路层的协议，而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议;
2.1 ARP协议的作用
ARP协议建立了主机IP地址和MAC地址的映射关系.
· 在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址；
数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃;
因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址；
2.2ARP协议的工作流程
以下图片为AI生成
源主机发出ARP请求，询问"IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少"，并将这个请求广播到本地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播)；
目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中；注意，不管是请求还是应答，所有主机都是先看mac帧的报头中的目的mac地址，是广播且帧类型是arp就直接交付给上层协议arp，单播则跟自己的mac地址进行比较，一致且帧类型是arp的交付给上层协议arp，否则丢弃。在arp里，先看op字段，如果是1，即请求的话，看目的ip地址跟自己的ip地址是否一致，一致的话，构建arp应答（源是自己的ip和mac，目的是请求里的源ip和mac），进行单播，不一致的话，就在arp协议处丢弃报文；如果是2，即应答的话，看目的ip跟自己的ip是否一致，一致的话把应答里的源ip和源mac的关系进行缓存。
每台主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp-a命令查看。缓存表中的表项有过期时间(一般为20分钟)，如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址
为什么要有缓存表？提高效率,减少带宽占用。
为什么表项要有过期时间而不是一直有效？减少无效缓存(比如主机的网卡换了mac也就换了，或者说干脆这个主机就不连这个局域网了)。
2.3ARP数据报的格式
下图为AI生成
注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有可能是必要的。
硬件类型指链路层网络类型,1为以太网;
协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址；
硬件地址长度对于以太网地址为6字节;
协议地址长度对于IP地址为4字节;
op字段为1表示ARP请求,op字段为2表示ARP应答。
2.4ARP欺骗（仅了解）
这是一种中间人攻击的方法，原理就是，假设一个局域网里有2台主机AB，一台路由器C。
C缓存了macA-IPA，A缓存了macC-IPC。
此时B发送大量arp应答给A、C（即使没有收到请求）。在应答里分别把源IP和源mac填入（macB-IPC）(macB-IPA)，因为缓存表是使用新的映射关系，所以之后，A和C互相发送的消息，都必须先经过B，然后由B发送给另一方。