如何通过以太网传输数据包、数据包如何在网络中传输?

在回答这个问题之前我们先来了解一下ARP

一、ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议，目的是实现IP地址到MAC地址的转换。

在计算机间通信的时候，计算机要知道目的计算机是谁（就像我们人交流一样，要知道对方是谁），这中间需要涉及到MAC地址，而MAC地址才是真正的电脑的唯一标识符。（画外音：局域网内的IP是可以随意变化的）

为什么需要ARP协议呢？因为在OSI七层模型中，对数据从上到下进行封装发送出去，然后对数据从下到上解包接收，但是上层（网络层）关心的IP地址，下层关心的是MAC地址，这个时候就需要映射IP和MAC。

功能

地址解析协议由互联网工程任务组（IETF）在1982年11月发布的RFC 826中描述制定。 [1] 地址解析协议是IPv4中必不可少的协议，而IPv4是使用较为广泛的互联网协议版本（IPv6仍处在部署的初期）。

OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层，MAC地址在第二层，彼此不直接打交道。在通过以太网发送IP数据包时，需要先封装第三层（32位IP地址）、第二层（48位MAC地址）的报头，但由于发送时只知道目标IP地址，不知道其MAC地址，又不能跨第二、三层，所以需要使用地址解析协议。使用地址解析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出目标硬件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。

原理

工作过程

• 每台主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个 ARP列表，以表示IP地址和MAC地址的对应关系。
• 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检查自己 ARP列表中是否存在该 IP地址对应的MAC地址。
• 如果有，就直接将数据包发送到这个MAC地址；如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此目的主机对应的MAC地址。
• 此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目的主机的IP地址。网络中所有的主机收到这个ARP请求后，会检查数据包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。
• 如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中。
• 如果ARP表中已经存在该IP的信息，则将其覆盖，然后给源主机发送一个 ARP响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的MAC地址。
• 源主机收到这个ARP响应数据包后，将得到的目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开始数据的传输。
• 如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

贴上一张流程图：

ARP工作流流程图

总结

计算机之间的通信依赖MAC地址，而ARP的作用就是在局域网内通过广播获取IP与MAC地址的映射。