在學(xué)習(xí)IP協(xié)議之前，必須要弄懂IP地址與硬件地址的區(qū)別。
下圖說明了這兩種地址的區(qū)別，從層次的角度講，物理地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址，而IP地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。（IP地址是用軟件實(shí)現(xiàn)的）
在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)，數(shù)據(jù)從高層下到低層，然后才到通信鏈路上傳輸。使用IP地址的IP數(shù)據(jù)報(bào)一旦交給數(shù)據(jù)鏈路層，就被封裝成MAC幀了，MAC幀在傳輸時(shí)使用的源地址和目的地址都是硬件地址，這兩個(gè)硬件地址都被寫在MAC幀的首部了。也就是說，數(shù)據(jù)鏈路層只會(huì)用硬件地址來定位主機(jī)，它看不見IP地址了。
各種電子設(shè)置都會(huì)有個(gè)mac地址，它就是硬件地址，比如
設(shè)備中在網(wǎng)卡在出廠的時(shí)候就會(huì)被設(shè)定mac地址，它長48位，也就是6個(gè)字節(jié)，如上圖中的3c:22:fb:86:0a:12，一般來說，mac地址分成兩個(gè)部分，前24位表示廠商的編號(hào)，后面24位則是廠商給網(wǎng)卡的編號(hào)
我們上網(wǎng)時(shí)，只會(huì)記住域名，比如我們在瀏覽器上輸入http://www.baidu.com，網(wǎng)絡(luò)層只識(shí)別IP地址，DNS幫我們將域名轉(zhuǎn)換為IP地址，數(shù)據(jù)鏈路層只識(shí)別MAC地址，那么怎么把IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址呢？這就需要使用到ARP協(xié)議了。
當(dāng)主機(jī)A要向本局域網(wǎng)上的主機(jī)B發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，如果A在緩存中查找不到B的mac地址：
1、A在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送ARP請求，大致就是我的IP地址是XXXX，mac地址是XXXX，我想知道IP地址為XXXX的主機(jī)的mac地址
2、本局域網(wǎng)上的所有主機(jī)都會(huì)收到這個(gè)ARP請求
3、主機(jī)B的IP地址與ARP請求中要查詢的IP地址一致，就收下這個(gè)ARP請求，然后向主機(jī)A發(fā)送ARP響應(yīng)，并且在響應(yīng)中寫下自己的mac地址。其余的主機(jī)IP地址不一致，因此就不會(huì)理會(huì)這個(gè)ARP請求
4、主機(jī)A收到主機(jī)B的響應(yīng)后，就知道主機(jī)B的mac地址了。主機(jī)A也會(huì)將主機(jī)B的mac地址寫入其ARP緩存中，這樣下一次查緩存就能直接知道B的mac地址了，不需要通過ARP協(xié)議來獲取，加快速度
每個(gè)主機(jī)上都會(huì)有ARP高速緩存，這樣能加快mac地址的查詢。
注意：ARP只是解決了同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址與mac地址的映射問題。如果要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)上，是無法直接查到另一個(gè)主機(jī)的mac地址的。
如上圖，假設(shè)主機(jī)A和路由器組成一個(gè)局域網(wǎng)A，主機(jī)B和路由器組成另一個(gè)局域網(wǎng)B，主機(jī)A和主機(jī)B分別在不同的局域網(wǎng)內(nèi)。主機(jī)A要向主機(jī)B發(fā)送一條IP數(shù)據(jù)報(bào)，但A不知道B的mac地址，但A和B也不在同一局域網(wǎng)內(nèi)。
A先要將數(shù)據(jù)發(fā)給路由器，所以A先要查詢路由器的MAC地址，查到后，發(fā)送MAC幀給路由器，路由器再發(fā)送數(shù)據(jù)給B，由于路由器和B是在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，所以路由器能查到B的mac地址，最終B成功地收到了A的發(fā)送數(shù)據(jù)。
回顧最上面的一張圖，我們知道了，mac幀的首部中保存的目的mac地址是會(huì)經(jīng)常變化的，因?yàn)橐话愕臄?shù)據(jù)傳輸都不會(huì)只是在本局域網(wǎng)內(nèi)。IP數(shù)據(jù)報(bào)中的目的IP是一定不會(huì)變的。
還有一個(gè)小疑問，主機(jī)A通過路由器向另一個(gè)局域網(wǎng)中的主機(jī)B發(fā)送消息，連接兩個(gè)不同局域網(wǎng)用的是同一個(gè)路由器，路由器有不同的端口，每個(gè)端口會(huì)有不同的IP地址和mac地址，所以才能一個(gè)路由連接在不同的局域網(wǎng)中
