MAC幀格式，IP數(shù)據(jù)報(bào)格式和ARP數(shù)據(jù)報(bào)格式

MAC幀格式：

       以太網(wǎng)幀格式由5個(gè)字段組成，前兩個(gè)字段分別是6字節(jié)長的目的地址和源地址字段，是指網(wǎng)卡的硬件地址（MAC地址）。第三個(gè)字段是2字節(jié)的類型字段，用來標(biāo)識上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。例如，當(dāng)類型字段的值是0X0800時(shí)，就表示上層使用的是IP數(shù)據(jù)報(bào)。第四個(gè)字段是數(shù)據(jù)字段，其長度在46~1500字節(jié)之間。最后一個(gè)字段是4字節(jié)的幀檢驗(yàn)序列FCS(CRC檢驗(yàn)）。最大值1500稱為以太網(wǎng)的最大傳輸單元（MTU），如果數(shù)據(jù)報(bào)長度大于這個(gè)長度，需要對數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片。MTU指數(shù)據(jù)幀中有效載荷的最大長度，不包括幀首部的長度。

       我們可以發(fā)現(xiàn)，在MAC幀格式中，沒有一個(gè)幀長度字段，MAC子層怎么知道從接收的以太網(wǎng)幀中取出多少字節(jié)的數(shù)據(jù)交付上一層呢？我們知道以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼信號的，在曼徹斯特編碼的每一個(gè)碼元的正中間一定有一次電壓的轉(zhuǎn)換，當(dāng)發(fā)送方把一個(gè)以太網(wǎng)幀發(fā)送完畢后，就不在發(fā)送其他碼元了，因此發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)適配器的接口上的電壓也就不再變換了。這樣接收方就可以知道以太網(wǎng)幀的結(jié)束位置了。

ARP數(shù)據(jù)報(bào)格式：

下面我們解釋一下數(shù)據(jù)報(bào)格式中的部分字段：

       幀類型為：ARP協(xié)議類型

       硬件類型：指鏈路層網(wǎng)絡(luò)類型，1為以太網(wǎng)；

       協(xié)議類型：指要轉(zhuǎn)換的地址類型，例0X0800為IP地址；

       后面兩個(gè)地址長度：相對于以太網(wǎng)地址和IP地址分別為6字節(jié)和4字節(jié)；

       op字段：op為1表示ARP請求，op為2表示應(yīng)答；

       在我們實(shí)際已經(jīng)知道了一個(gè)機(jī)器（主機(jī)或路由器）的IP地址，需要找到其相應(yīng)的硬件地址，地址解析協(xié)議ARP就是幫我們解決這個(gè)問題的。它是為了從網(wǎng)絡(luò)層使用的IP地址解析出在數(shù)據(jù)鏈路層使用的硬件地址。每個(gè)主機(jī)都維護(hù)一個(gè)ARP緩存表，里面有本局域網(wǎng)上的各個(gè)主機(jī)和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

       當(dāng)主機(jī)A要向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)B發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其ARP高速緩存中查看有主機(jī)B的IP地址。如有，就在ARP高速緩存中查出其對應(yīng)的硬件地址，再把這個(gè)硬件地址寫入MAC幀，然后通過局域網(wǎng)把該MAC幀發(fā)往此硬件地址。當(dāng)查不到主機(jī)B的IP地址時(shí)，主機(jī)A自動運(yùn)行ARP，然后按下面的方法找到主機(jī)B的硬件地址：

        1.ARP進(jìn)程在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送一個(gè)ARP請求分組；

        2.在本局域網(wǎng)上的所有主機(jī)上運(yùn)行的ARP進(jìn)程都能收到此ARP請求分組；

        3.主機(jī)B的IP地址與ARP請求分組中要查詢的IP地址一致，就收下這個(gè)ARP請求分組，并向主機(jī)A 發(fā)送ARP響應(yīng)分組，并在這個(gè)ARP響應(yīng)分組中寫上自己的硬件地址。其他所有的主機(jī)IP地址都與請求分組中查詢的IP地址不一致，不予回應(yīng)這個(gè)ARP請求分組。

        4.主機(jī)A收到主機(jī)B的ARP響應(yīng)分組后，就在其ARP高速緩存中寫入主機(jī)B的IP地址到硬件地址的映射。

注意：ARP是解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址和硬件地址的映射問題。

IP數(shù)據(jù)報(bào)格式：

        IP數(shù)據(jù)報(bào)格式能夠說明IP協(xié)議具有什么功能。一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共20字節(jié)。后面是一些可選字段，其長度是可變的。下面我們來說下各字段的意義：

        4位版本：對于IPv4，4位版本字段是4；

        首部長度：占4位，首部長度字段所表示數(shù)的單位是32位子。因此，首部長度字段的最小值是5.也就是說，首部長度最小是20字節(jié)，4位能表示的最大值是15，也就是首部長度最大是60字節(jié)。

        8位服務(wù)類型：有3個(gè)位用來指定IP數(shù)據(jù)報(bào)的優(yōu)先級，還有4個(gè)位表示可選的服務(wù)類型，還有一個(gè)位總是0.

        16位總長度：是整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的字節(jié)數(shù)。

        16位標(biāo)識：每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器就加1

        3位標(biāo)識和13位片移用于分片

        生存時(shí)間：TTL,表明數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。由發(fā)出數(shù)據(jù)報(bào)的原點(diǎn)設(shè)置這個(gè)字段。其，其目的是防止無法交付的數(shù)據(jù)報(bào)無限制的在因特網(wǎng)中逗留而白白消耗網(wǎng)絡(luò)資源；

        8位協(xié)議字段指出此數(shù)據(jù)包攜帶的數(shù)據(jù)是何種協(xié)議，以便使目的主機(jī)IP層知道應(yīng)將數(shù)據(jù)部分上交到那個(gè)處理過程

        16位首部校驗(yàn)和：這個(gè)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部，但不包括數(shù)據(jù)部分。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)每經(jīng)過一個(gè)路由器，路由器都要重新計(jì)算一下首部校驗(yàn)和。數(shù)據(jù)的校驗(yàn)由更高層協(xié)議負(fù)責(zé)。