MAC幀格式，IP數據報格式和ARP數據報格式

MAC幀格式：

       以太網幀格式由5個字段組成，前兩個字段分別是6字節長的目的地址和源地址字段，是指網卡的硬件地址（MAC地址）。第三個字段是2字節的類型字段，用來標識上一層使用的是什么協議，以便把收到的MAC幀的數據上交給上一層的這個協議。例如，當類型字段的值是0X0800時，就表示上層使用的是IP數據報。第四個字段是數據字段，其長度在46~1500字節之間。最后一個字段是4字節的幀檢驗序列FCS(CRC檢驗）。最大值1500稱為以太網的最大傳輸單元（MTU），如果數據報長度大于這個長度，需要對數據報進行分片。MTU指數據幀中有效載荷的最大長度，不包括幀首部的長度。

       我們可以發現，在MAC幀格式中，沒有一個幀長度字段，MAC子層怎么知道從接收的以太網幀中取出多少字節的數據交付上一層呢？我們知道以太網發送的數據都使用曼徹斯特編碼信號的，在曼徹斯特編碼的每一個碼元的正中間一定有一次電壓的轉換，當發送方把一個以太網幀發送完畢后，就不在發送其他碼元了，因此發送方網絡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幀的結束位置了。

ARP數據報格式：

下面我們解釋一下數據報格式中的部分字段：

       幀類型為：ARP協議類型

       硬件類型：指鏈路層網絡類型，1為以太網；

       協議類型：指要轉換的地址類型，例0X0800為IP地址；

       后面兩個地址長度：相對于以太網地址和IP地址分別為6字節和4字節；

       op字段：op為1表示ARP請求，op為2表示應答；

       在我們實際已經知道了一個機器（主機或路由器）的IP地址，需要找到其相應的硬件地址，地址解析協議ARP就是幫我們解決這個問題的。它是為了從網絡層使用的IP地址解析出在數據鏈路層使用的硬件地址。每個主機都維護一個ARP緩存表，里面有本局域網上的各個主機和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

       當主機A要向本局域網上的某個主機B發送IP數據報時，就先在其ARP高速緩存中查看有主機B的IP地址。如有，就在ARP高速緩存中查出其對應的硬件地址，再把這個硬件地址寫入MAC幀，然后通過局域網把該MAC幀發往此硬件地址。當查不到主機B的IP地址時，主機A自動運行ARP，然后按下面的方法找到主機B的硬件地址：

        1.ARP進程在本局域網上廣播發送一個ARP請求分組；

        2.在本局域網上的所有主機上運行的ARP進程都能收到此ARP請求分組；

        3.主機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ARP請求分組，并向主機A 發送ARP響應分組，并在這個ARP響應分組中寫上自己的硬件地址。其他所有的主機IP地址都與請求分組中查詢的IP地址不一致，不予回應這個ARP請求分組。

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

注意：ARP是解決同一個局域網上的主機或路由器的IP地址和硬件地址的映射問題。

IP數據報格式：

        IP數據報格式能夠說明IP協議具有什么功能。一個IP數據報由首部和數據兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共20字節。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，4位能表示的最大值是15，也就是首部長度最大是60字節。

        8位服務類型：有3個位用來指定IP數據報的優先級，還有4個位表示可選的服務類型，還有一個位總是0.

        16位總長度：是整個數據報的字節數。

        16位標識：每傳送一個數據報，計數器就加1

        3位標識和13位片移用于分片

        生存時間：TTL,表明數據報在網絡中的壽命。由發出數據報的原點設置這個字段。其，其目的是防止無法交付的數據報無限制的在因特網中逗留而白白消耗網絡資源；

        8位協議字段指出此數據包攜帶的數據是何種協議，以便使目的主機IP層知道應將數據部分上交到那個處理過程

        16位首部校驗和：這個字段只檢驗數據報的首部，但不包括數據部分。這是因為數據報每經過一個路由器，路由器都要重新計算一下首部校驗和。數據的校驗由更高層協議負責。