网络设备想要发送数据到另一台设备是，不仅要知道对方设备的IP地址，IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。数据帧必须要包含目的MAC地址，因此发送数据的那一台设备必须获取到目的MAC地址。通过目的IP地址而获取目的MAC地址的过程是由ARP协议来实现的。

数据的封装过程

PC1首先在应用层产生数据 data；

然后传输层在应用层的基础上封装TCP/UDP协议，产生数据段；

网络层在传输层的基础上封装IP 地址（源IP地址 192.168.1.1 和目的IP地址 192.168.2.1 | TCP | data）；

数据链路层在网络层的基础上封装MAC地址（即：源MAC地址 AA 目的MAC地址 BB | 源IP地址 192.168.1.1 目的IP地址 192.168.2.1 | TCP | data）；

物理层：将PDU（）转换成比特流（bit）。

网络层中封装的封装的的源IP地址和数据链路层中的MAC并不是完全对应的关系，为避免记混，可以认为目的IP地址是数据最终要到达的地方的IP地址；目的MAC地址是下一站要到达的地方的MAC地址。

路由器的工作原理

PC1传来的数据到达路由器：

1：路由器会先查看自己的缓存表中是否存在PC1的相关信息；再对数据帧中的目的MAC地址进行解析，判断是否是本接口的MAC地址，如果不是就直接丢弃；如果是就进行解封装。

2：路由器查看数据中的目的IP地址，查看该IP地址是否和路由表中的信息相匹配，如果不匹配，就直接丢弃然后返回ICMP错误信息；如果匹配成功，就将数据路由到相对应的路由器的接口，再进行对帧头帧尾的封装。

3：检查ARP缓存表中是否存在下一跳的MAC地址，如果有就重新封装再进行转发；如果没有，就发送ARP请求广播报文请求获取下一跳的MAC地址，并记录到ARP缓存表中， 再重新封装数据帧发送出去。

ARP请求和响应：

ARP请求报文 （request）

PC1不知道PC2的MAC地址，因此要发送ARP广播请求报文。在数据链路层中产生ARP请求报文：

请求包中：

源MAC地址：AA      目的MAC地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF（广播MAC地址，是为了让对方知道可以进行ARP请求在整个网络上传播，该网络所有的主机都能收到这个报文，网关将会阻止该报文发送到其他网络上。）；

ARP协议中：源IP地址：192.168.1.1            目的IP地址：192.168.1.254（路由器的网关）   

                  源MAC地址 AA     目的MAC地址 00-00-00-00-00-00

ARP响应报文 （replay）

路由器收到PC1发送的请求报文后，检查到请求报文中的MAC地址和自身的地址相匹配，路由器会将ARP报文中的源MAC地址和源IP地址信息记录到自己的ARP缓存表中，然后通过ARP Reply报文进行响应。ARP Reply报文通过单播传送。

ARP协议中：源MAC地址BB              目的MAC地址 AA

           源IP地址 192.168.1.254    目的IP地址 192.168.1.1 

ARP代理

广播报文无法被路由器转发，那么目的主机就收不到发送数据的主机的ARP request报文，那目的主机也就无法应答，就需要在路由器上启用代理ARP功能。用ARP代理后，路由器收到这样的请求，会查找路由表，如果路由表中存在目的主机的路由表，路由器将会使用自己与发送数据主机的那个接口的MAC地址来回应这一ARP request。主机A收到ARP reply后，将以路由器跟发送数据的主机的那个接口的MAC地址作为目的MAC地址进行数据转发。则不同网络的网络设备在没有配置网关的情况下，也能够通过ARP代理实现相互通信。