认识 MAC 地址
MAC 地址的全称是 Media Access Control Address，译为媒体访问控制地址，它是网络上以太网或网络适配器的唯一标识符。MAC 地址能够区分不同的网络接口，并用于多种网络技术，尤其是大多数 IEEE 802 网络。
MAC 地址也称为物理地址，硬件地址和老化地址。
MAC 地址主要用于识别数据链路中互联的节点，如下图所示
MAC 地址长 48 bit，在使用网卡(NIC) 的情况下，MAC 地址一般都会烧入 ROM 中。因此，任何一个网卡的 MAC 地址都是唯一的。MAC 地址的结构如下
MAC 地址中的 3 - 24 位表示厂商识别码，每个 NIC 厂商都有特定唯一的识别数字。25 - 48 位是厂商内部为识别每个网卡而用。因此，可以保证全世界不会有相同 MAC 地址的网卡。
MAC 地址也有例外情况，即 MAC 地址也会有重复的时候，但是问题不大，只要两个 MAC 地址是属于不同的数据链路层就不会出现问题。
ARP 是什么
ARP 协议的全称是 Address Resolution Protocol(地址解析协议)，它是一个通过用于实现从 IP 地址到 MAC 地址的映射，即询问目标 IP 对应的 MAC 地址 的一种协议。ARP 协议在 IPv4 中极其重要。
注意：ARP 只用于 IPv4 协议中，IPv6 协议使用的是 Neighbor Discovery Protocol，译为邻居发现协议，它被纳入 ICMPv6 中。
简而言之，ARP 就是一种解决地址问题的协议，它以 IP 地址为线索，定位下一个应该接收数据分包的主机 MAC 地址。如果目标主机不在同一个链路上，那么会查找下一跳路由器的 MAC 地址。
ARP 的工作机制
下面我们探讨一下 ARP 的工作机制是怎样的。假设 A 和 B 位于同一链路，不需要经过路由器的转换，主机 A 向主机 B 发送一个 IP 分组，主机 A 的地址是 192.168.1.2 ，主机 B 的地址是 192.168.1.3，它们都不知道对方的 MAC 地址是啥，主机 C 和 主机 D 是同一链路的其他主机。
主机 A 想要获取主机 B 的 MAC 地址，通过主机 A 会通过广播 的方式向以太网上的所有主机发送一个 ARP 请求包，这个 ARP 请求包中包含了主机 A 想要知道的主机 B 的 IP 地址的 MAC 地址。
主机 A 发送的 ARP 请求包会被同一链路上的所有主机/路由器接收并进行解析。每个主机/路由器都会检查 ARP 请求包中的信息，如果 ARP 请求包中的目标 IP 地址 和自己的相同，就会将自己主机的 MAC 地址写入响应包返回主机 A
由此，可以通过 ARP 从 IP 地址获取 MAC 地址，实现同一链路内的通信。
如果是不同链路怎么办呢？
这就要使用到 代理 ARP 了，通常 ARP 会被路由器隔离，但是采用代理 ARP (ARP Proxy) 的路由器可以将 ARP 请求转发给临近的网段。使多个网段中的节点像是在同一网段内通信。
ARP 缓存
现在你知道了发送一次 IP 分组前通过发送一次 ARP 请求就能够确定 MAC 地址。那么是不是每发送一次都得经过广播 -> 封装 ARP 响应 -> 返回给主机这一系列流程呢？
想想看，浏览器是如何做的呢？浏览器内置了缓存能够缓存你最近经常使用的地址，那么 ARP 也是一样的。ARP 高效运行的关键就是维护每个主机和路由器上的 ARP 缓存(或表)。这个缓存维护着每个 IP 到 MAC 地址的映射关系。通过把第一次 ARP 获取到的 MAC 地址作为 IP 对 MAC 的映射关系到一个 ARP 缓存表中，下一次再向这个地址发送数据报时就不再需要重新发送 ARP 请求了，而是直接使用这个缓存表中的 MAC 地址进行数据报的发送。每发送一次 ARP 请求，缓存表中对应的映射关系都会被清除。
通过 ARP 缓存，降低了网络流量的使用，在一定程度上防止了 ARP 的大量广播。
一般来说，发送过一次 ARP 请求后，再次发送相同请求的几率比较大，因此使用 ARP 缓存能够减少 ARP 包的发送，除此之外，不仅仅 ARP 请求的发送方能够缓存 ARP 接收方的 MAC 地址，接收方也能够缓存 ARP 请求方的 IP 和 MAC 地址，如下所示
不过，MAC 地址的缓存有一定期限，超过这个期限后，缓存的内容会被清除。
我们可以在 Linux 或者 Windows 中使用 arp 命令查看 ARP 缓存。选项 -a 用于显示两个系统缓存中所有的缓存项。
在 Linux 中使用 arp 查询缓存
主要包含五项
- 主机名 --- 对应一个 IP 地址
- 硬件地址类型
- 硬件地址
- 标志
- 本地网络接口
标志主要分为三类: C 、M 或 P，C 表示的是由 ARP 协议动态学习。M 类可以通过 arp -s 增加一条。P 类表示的是 发布，对于任何 P 类项目，主机对输入的 ARP 请求都返回一个 ARP 响应。这个选项用于配置代理 ARP。
比如我们在 Windows 中进行 ARP 缓存查询
Windows 中的 ARP 程序显示了 IPv4 的地址，它的接口是十六进制数，Windows 版本还指出地址是手动输入还是 ARP 动态学习的。在上面的例子中，既有静态的也有动态的。48 位的 MAC 地址被显示为 6 个十六进制数，在 Linux 中使用 : 号，在 Windows 中使用 - 进行分隔。
