前言：最近在做一个远端获取Mac地址的项目，心血来潮又想着把网络方面的知识做一下回顾，这几天在整理一下交换机路由等相关的知识做个总结。加油，大家一起进步。
话不多说，进入正题！！！
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：标识因特网上数以百计的网络。
主机编号：标识同一网络上不同主机（或路由器的各个接口）。
如图，处在同一网络中的各个主机和路由器的IP地址前三个数是相同的，最后一个数字不同。这就是为了标识同一网络中的不同主机。
网络体系图：
IP地址被封装在网络层数据报的首部，而MAC地址被封装在数据链路层数据报的首部。
数据报转发：
数据包转发过程中，假想网络层和数据链路层都是水平传输的，而不考虑其他层。主机H1发送数据包到H2，发送过程中数据包的源IP地址一致是IP1，目的地址一直是IP2，不会随着数据包到达的网络端口不同而变化，而MAC地址就不一样，会随着数据包的传送，MAC地址根据网络端口的不同而发生变化。
在数据包转发的过程中，端口之间互相知道彼此的IP地址，但不知道其对应的MAC地址，而如何根据IP地址获得MAC地址，就是ARP协议所要完成的事情。
例：要给对方写信，除了信件内容外，还需填写信封。
信封中的两个重要信息：收件地址、收件人。
收件地址：这封信要寄到哪里。
收件人：这封信要寄给谁。
同样，在网络世界中，我们要发信息给别人，同样需要知道收件地址和收件人，Mac地址就是收件地址，IP地址就是收件人。
映射到上面的例子，我是一个可以活动的人，可以住在家里，也可以住在公司，如果你要给我写信，首先要知道我现在住在哪里。在网络世界中也是这样，如果把网络比喻为我们生活的城市，那网卡就是城市中的建筑，Mac地址就是这栋建筑的物理地址，而IP地址就是在这些建筑中的人。
与写信不同，在计算机网络中发送信息，我们只需要填写内容和对方的IP地址，操作系统会根据目标IP，自动查询ARP表，获取对方的Mac地址，补齐这封信，从网卡发出。
我们再回过头来看一下这个网络模型。不同类型的电子产品，他们的通讯都是由内部网卡设备进行的，所以我们统一用网卡来表示设备，每张网卡出厂时都写入一个Mac地址，由6个字节构成的，其中前3个数表示的是网络硬件厂商编号，由IEEE与电子工程师协会分配，后三个字节代表的是该制造厂商所制造的网卡的序列号，所以Mac地址是全球唯一的地址，虽然可以通过其他一些手段修改Mac地址，但这不在讨论范围。
我们上面说Mac地址表示了网卡在网络中的确定位置，那这个位置是如何表示和确定的呢？比如我们的计算机a通过网线接入到了交换机的端口1，那这个端口1就是网络中的具体位置（端口号=门牌号），就像我们的门牌号一样，交换机就知道了某个Mac地址在端口1上，从而就把Mac地址与端口进行绑定。
我们的网卡接入网络后如果要通信，需要给他配置另一个地址，即IP地址，IP地址分为两种：
IPV4地址：例192.168.1.1 它是由四位0- 255的数字，用小数点间隔构成。目前IPV4技术可以使用的IP地址最多有42亿多个，看上去像是很难用尽，但由于早起编码和分配上的问题，很多区域的编码实际上被空出或不能使用，随着互联网的快速成长，这42亿个地址最终于2011年2月3日用尽。相应的科研组织已经研究出128位的IPV6技术，其IP地址数量最高可达3.4*1038个。届时，每个人家居中的每件网络设备，甚至地球上的每一粒沙子都可以拥有自己的IP地址。
疑问：那为什么我的电脑接上网线或者手机连接上路由器之后，没有让我配置IP地址也可以正常使用？
这是因为由称之为DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议）的协议自动帮我们配置好了，当电脑插上网线或手机连上WiFi，操作系统网络协议栈，会自动向外发送一包DHCP请求，请求为其分配IP地址，路由器获取到DHCP请求后，会为其分配一个IP地址，并通过DHCP回复报文发送回去，操作系统收到DHCP回包后，将其分配的IP地址配置到网卡上。
注意在一个局域网中，IP地址也是唯一的，路由器不会分配重复的IP给不同的设备，当然你也可以手动把DHCP关掉，这样你需要手动来配置一个网卡IP地址，但是你需要保证配置的IP地址不能与此网络中的其他地址重复，这样网卡就配置好了IP地址。
疑问：我们上面提到Mac地址是由操作系统来补齐的，那操作系统是如何知道对方Mac地址的呢？文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-536246.html
实际上，这一步是由ARP协议来完成的，当计算机a想向计算机b发送消息时，操作系统并不会立即发出，他会先发送一包ARP广播报文出去，问一下192.168.1.10的Mac地址是多少，此时网络中的所有设备都收到了这一包请求报文。除了192.168.1.10以外的设备都会丢弃这包请求报文，只有它本身会回复自己的Mac地址是多少，计算机a收到了回复，知道了计算机b的Mac地址，他首先会把计算机b的Mac地址缓存到ARP映射表中，以便下次再使用，然后把这封信补全从网卡发送出去，交换机根据数据包中的目标Mac地址找到了计算机b所在的端口，从此端口发送出去，数据就被计算机b收到了。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-536246.html
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