计算机网络笔记MAC地址、IP地址、ARP协议 总线型以太网的特性我们把这两部分放在一起讲因为它们在数据链路层和网络层的交互中非常经典尤其总线型以太网是早期以太网的典型代表而ARP正是连接MAC与IP的桥梁。第一部分MAC地址、IP地址、ARP协议1. MAC地址物理地址 / 硬件地址属于数据链路层OSI第2层长度48 bit6字节通常用16进制表示如00-1A-2B-3C-4D-5E或00:1A:2B:3C:4D:5E全球唯一由IEEE分配前24位是OUI厂商识别码后24位厂商自己分配烧录在网卡ROM中现在很多可以修改但默认是唯一的平面地址无层次只在**同一个局域网广播域**内有效作用同一局域网内主机间的帧Frame寻址2. IP地址逻辑地址属于网络层OSI第3层IPv432 bit点分十进制如192.168.1.100IPv6128 bit层次地址网络号 主机号可以跨网络路由作用跨网络寻址端到端路由器根据IP地址转发分组3. MAC地址 vs IP地址 对比表面试/考试高频维度MAC地址IP地址层级数据链路层网络层长度48 bit固定IPv4 32 bit / IPv6 128 bit唯一性范围全球唯一理论上局域网内唯一全网可重用NAT地址类型平面、无层次层次网络号主机号作用范围同一局域网同一广播域跨网络、全互联网谁分配IEEE / 厂商ISP / 管理员 / DHCP是否可变理论固定可软件修改经常变化动态分配封装位置以太网帧头部源MAC、目的MACIP数据报头部源IP、目的IP变化时机基本不变换网卡才变跨网段、DHCP续约、重启路由器等4. ARP协议Address Resolution Protocol—— MAC与IP的桥梁核心功能已知目标IP地址 → 求目标MAC地址在同一局域网内工作过程经典四步ARP请求广播发送端广播 ARP Request“谁是 192.168.1.100请告诉我你的MAC地址”目的MAC 全FFF-FF-FF-FF-FF-FF广播帧ARP应答单播目标主机收到后回复 ARP Reply单播“我是 192.168.1.100我的MAC是 00-11-22-33-44-55”发送端收到后把IP→MAC对应关系存入ARP缓存表动态表有老化时间通常几分钟后续同一局域网通信直接查缓存不再广播关键点常考ARP 只在同一局域网内有效跨网段要靠路由器中的代理ARP或下一跳ARP缓存是动态学习的也支持静态绑定ARP欺骗/ARP攻击伪造应答 → 中间人攻击、DoS免费ARPGratuitous ARP主机启动/ IP变更时广播自己的IP-MAC用于检测IP冲突、更新别人缓存示例抓包看到的典型ARP包Opcode: 1 → request2 → replySender IP / MAC、Target IP / MAC第二部分总线型以太网的特性经典共享介质以太网总线型以太网指早期主要是10Mbps时代的以太网典型如 10BASE5粗缆、10BASE2细缆所有主机通过一根共享同轴电缆连接。主要特性总结拓扑结构物理总线型所有设备串在一根电缆上逻辑上也是总线型广播介质共享传输介质所有主机共享同一根电缆半双工任何时刻只能有一个主机成功发送采用 CSMA/CD 介质访问控制方式CarrierSenseMultipleAccess withCollisionDetection载波侦听发送前监听信道是否空闲电压/信号多路访问多个节点可竞争同一介质冲突检测边发边听如果检测到冲突 → 立即停止发送 发送干扰信号Jam Signal32~48字节→ 退避重传广播特性发送的帧所有主机都能收到目的MAC过滤ARP、DHCP等广播协议天然适用冲突域Collision Domain整个总线是一个大冲突域主机数量越多冲突概率越高网络效率越低有效带宽远低于10Mbps优点早期为什么流行布线简单、成本低易扩展T型头插入即可无需中心设备无源致命缺点后来被淘汰的主要原因冲突频繁→ 吞吐量急剧下降主机10~20台就明显卡故障隔离难电缆任何一点断开/短路 → 全网瘫痪安全性差所有主机都能嗅探全部流量明文传输时代很危险距离受限10BASE5 最长500m需中继器级联半双工→ 不能同时收发效率只有理论50%左右现代以太网对比为什么总线型几乎消失特性总线型以太网共享式Hub时代现代交换式以太网Switch拓扑物理逻辑总线物理星型逻辑仍然总线介质访问控制CSMA/CD必须全双工无需CSMA/CD冲突域整个网段一个大冲突域每个端口一个微小冲突域广播域整个网段VLAN前可通过VLAN分割效率冲突多 → 低接近线速典型设备Hub集线器Switch交换机是否还在用几乎淘汰教学/历史主流一句话总结总线型以太网的本质是“大家抢同一根线谁抢到谁发抢到冲突就退后重来”而现代交换式以太网是**“每个端口独享通道全双工无冲突”**。有哪部分想再深入一点比如ARP欺骗的原理与防范CSMA/CD的退避算法二进制指数退避为什么千兆/万兆以太网彻底抛弃CSMA/CDVLAN怎么解决广播域过大的问题随时告诉我