同网段主机通信原理

本篇文章介绍数据通信中最基础，最关键的原理之一，两台通网段的主机如何通信。
适合两台普通电脑之间，两台服务器之间，两台手机之间，电脑和打印机之间，手机和小爱同学之间，等等，只要两个同网段节点互相通信，都符合以下原理。

上篇文章提到了mac地址，但没详细说明，今天我们来详细认识他一下。

mac地址长这样

mac地址也叫物理地址，和ip地址不同，使用十六进制来表示，十六进制就是0到9后还没完，还有abcdef，然后才进位成20。

mac地址是每个网卡的标识。

不管有线网卡还是无线网卡，电脑还是手机，只要连入网络，一定需要网卡芯片，而mac地址就是网卡芯片上的地址信息。再来看下手机的mac

一般在手机设置的“关于本机”中，都可以看到手机的mac地址。

那么mac地址的作用到底是什么？

很简单，同网段的两个主机通信，归根结底就是数据包从一个网卡，送到另一个网卡，而网卡之间，通过mac地址来识别。

等等，前面不是刚讲了ip地址吗，这里怎么又来个mac地址？
这里说来话长，有网络技术发展的历史原因，本文暂不详述，欢迎关注公众号，后续文章会讲解。

本文咱们先知道，两台同网段主机通信，必须知道双方的mac地址就可以了。

当主机A想给主机B发送数据，如何才能知道主机B的mac地址呢？

通过一个叫ARP的网络协议。
ARP的全称是Address Resolution Protocol地址解析协议，用来解析出某个目标IP所对应的mac地址。

这里假设一台主机A（192.168.0.173）想给另一台主机B（192.168.0.9）发送数据为例，来看ARP的工作原理

第一步
主机A以广播的形式发出ARP请求。广播报文全网主机都会收到，包括主机B。

上图是使用抓包工具捕获的arp请求包，可以看出，这个包是广播发出的（目标mac为全F代表广播）。
也可以看出，这个arp请求包，请求的是192.168.0.9的mac
关于抓包工具的使用，以及常见报文的分析方法，后续文章会详细介绍，本文暂时观察arp报文的关键字段即可。

第二步
这个广播形式的arp请求，所有主机都会收到，无关主机看了”target ip“发现不是找自己的，直接丢弃
而主机B收到，则会回复一个arp回应报文。

上图是主机B给主机A回应的ARP包，告诉主机A自己的mac是什么。
注意看图中”sender ip“和”sender mac“两个信息，包含了主机B和他对应的mac。
本实验环境，主机B是一台苹果手机，通过mac地址也能看出手机品牌apple。
因为标准的mac地址，前半部分是网卡的厂商标识。

第三步
主机A收到arp回应后，会把主机B对应的mac写入自己的arp缓存表，这样就可以给主机B发数据了。
而且后续再给主机B发数据，就不用再去arp解析了，查下arp缓存表即可。
在命令行输入arp -a可以查看arp缓存表。