IP 分组交付和 ARP 协议分析
提前了解：
1.IP 地址、MAC 地址、子网和掩码的概念
IP地址是一种用于在互联网上唯一标识一个设备的数字地址，它由32位二进制数组成，通常以四个十进制数表示，如192.168.1.1。IP地址由网络号和主机号两部分组成，网络号表示设备所在的网络，主机号表示设备在网络中的位置。
MAC地址是一种用于在局域网中唯一标识一个网卡的物理地址，它由48位二进制数组成，通常以六个十六进制数表示，如00-0C-29-12-34-56。MAC地址由厂商分配，一般不可更改，它在数据链路层进行通信时使用。
子网是一种将一个大的网络划分成若干个小的网络的方法，它可以提高网络的效率和安全性。子网的划分需要根据网络的规模和需求进行设计，一般采用子网掩码来实现。
子网掩码是一种用于将IP地址划分成网络号和主机号的掩码，它由32位二进制数组成，其中网络位用1表示，主机位用0表示，如255.255.255.0。子网掩码与IP地址进行逻辑与运算，就可以得到网络地址，即子网的标识。
2.掩码运算：确定 IP 网络（或子网）及其范围
掩码运算是一种用于确定IP地址的网络号和主机号的运算，它利用子网掩码和IP地址进行按位与运算，得到网络地址，即子网的标识。子网掩码是一种用于将IP地址划分成网络号和主机号的掩码，它由32位二进制数组成，其中网络位用1表示，主机位用0表示，如255.255.255.0。
掩码运算的步骤如下：
将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址
将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。
将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为1，结果就是广播地址
将运算结果中的网络地址不变，主机地址变为0，结果就是网络地址
例如，假设IP地址是202.112.14.137，子网掩码是255.255.255.224，要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址
IP地址202.112.14.137转二进制：11001010 01110000 00001110 10001001
子网掩码255.255.255.224转二进制：11111111 11111111 11111111 11100000
IP地址&子网掩码 11001010 01110000 00001110 10000000
结果为：202.112.14.128，这是网络地址
广播地址为：202.112.14.159（11001010 01110000 00001110 10011111），这是将主机地址全变为1得到的结果
ARP协议报文
格式：
源MAC地址：6个字节
目的MAC地址：6个字节
协议类型：2个字节
ARP 地址解析协议：
Hardware type硬件类型：2字节
Protocol type协议类型：2字节
Hardware size硬件地址：1字节
Protocol size协议长度：1字节
Opcode操作码：2字节
Sender MAC 地址：6字节
Sender IP 地址：6字节
Target MAC 地址：6字节
Target IP 地址：6字节
所以一般在wireshark中能捕获到42字节的ARP协议报文
源MAC地址、目的MAC地址、协议类型：
ARP 地址解析协议：
在ARP请求报文中，目的MAC地址通常被设置为全f（即ff-ff-ff-ff-ff-ff）而不是全0（即00-00-00-00-00-00），是因为这样可以实现广播发送，让所有的主机都能收到这个请求，从而找到目标主机的MAC地址。
如果目的MAC地址被设置为全0，那么这个请求就会被当作单播发送，只有目标主机才能收到这个请求，但是这样就失去了ARP协议的意义，因为发送方并不知道目标主机的MAC地址，所以无法指定单播的目的MAC地址。
Target MAC地址是ARP报文中的一个字段，用来存储目标主机的MAC地址。在ARP请求报文中，Target MAC地址的值为0，表示请求的目标MAC地址未知，需要接收者回复。在ARP响应报文中，Target MAC地址包含请求者的MAC地址，用于确认请求者的身份。
因此，目的MAC地址和Target MAC地址的值不同，是为了区分ARP请求报文的发送方式和目标地址。目的MAC地址用于指定以太网帧的目的地址，Target MAC地址用于指定ARP报文的目的地址。
IP 子网划分技术
- IP子网划分技术是一种将一个大的网络划分成若干个小的网络的方法，它可以提高网络的效率和安全性。子网划分的原理是借用IP地址的主机位的一部分作为子网位，从而区分不同的子网。子网划分的步骤包括确定子网数、子网内主机数、子网位数、子网掩码、子网地址、子网广播地址和子网内有效IP地址范围。
IP 地址分配原则
- IP地址分配原则是指根据网络的规模和需求，合理地分配IP地址，避免浪费和冲突。IP地址分配的方法有静态分配和动态分配。静态分配是指手动为每台主机配置IP地址，适用于网络规模较小、稳定的情况。动态分配是指通过DHCP协议，自动为主机分配IP地址，适用于网络规模较大、变化的情况。
特殊 IP 地址的特征和作用
- 特殊IP地址是指一些具有特殊功能或含义的IP地址，它们不能用于一般的网络通信。特殊IP地址的类型有以下几种：
- 私有IP地址：指一些只能在局域网内部使用，不能直接访问Internet的IP地址，它们的范围有三类，分别是10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16。
- 本地环回地址：指127.0.0.0/8网段的IP地址，用于测试本机的网络配置和应用，不能用于远程通信。
- 本地广播地址：指255.255.255.255的IP地址，用于在本地网络中向所有主机发送广播信息，不能跨越路由器。
- 网络地址：指IP地址的主机位全为0的地址，用于表示一个网络或子网的标识，不能分配给主机。
- 广播地址：指IP地址的主机位全为1的地址，用于在一个网络或子网中向所有主机发送广播信息，不能分配给主机。
直接交付与间接交付
- 直接交付是指分组的目的主机和发送主机在同一个IP网络中，不需要经过路由器的转发，只需要通过ARP协议找出目的主机的MAC地址，然后将分组封装在以太网帧中直接发送。
- 间接交付是指分组的目的主机和发送主机在不同的IP网络中，需要经过一个或多个路由器的转发，每经过一个路由器，就需要通过路由表查找下一跳的IP地址，然后通过ARP协议找出下一跳的MAC地址，然后将分组封装在以太网帧中发送给下一跳。
IP 分组过程中的路由选择、ARP 解析
- 路由选择是指路由器根据分组的目的IP地址和路由表中的信息，选择最佳的下一跳IP地址，从而将分组转发到目的网络的过程。路由选择的方法有静态路由和动态路由，静态路由是指路由表由管理员手动配置，动态路由是指路由表由路由协议自动更新。
- ARP解析是指根据IP地址获取MAC地址的过程，它通过发送ARP请求和ARP响应报文来实现地址解析。ARP请求和响应报文都是封装在以太网帧中的，因此它们都包含了源MAC地址和目的MAC地址两个字段，用于标识发送者和接收者的物理地址。
子网划分对 IP 分组交付的影响
子网划分是一种将一个大的网络划分成若干个小的网络的方法，它可以提高网络的效率和安全性，但也会对IP分组的交付产生一些影响。
子网划分对IP分组交付的影响主要有以下几点：
- 子网划分会增加路由器的数量和复杂度，因为每个子网都需要一个路由器来连接其他子网或外部网络。这样会增加路由器的配置和管理的工作量，也会增加路由表的大小和更新的频率。
- 子网划分会改变IP分组的目的地址的判断，因为不同的子网可能有相同的主机号，但不同的网络号和子网号。因此，IP分组的交付需要根据子网掩码来判断目的地址是否在同一个子网内，或者是否需要通过路由器转发。
- 子网划分会影响IP分组的广播，因为广播只能在同一个子网内进行，不能跨越路由器。这样会减少广播的范围和开销，但也会限制广播的功能，如ARP协议等。
