以太網使用的協議很多，常用的有ARP、UDP等。
再介紹具體協議之前需要先知道一些基本的概念：

一、 ARP協議與MAC層

Q:ARP協議是是什么？它和MAC層的關系是什么。
A:
1.ARP (Address Resolution Protocol)即地址解析協議，是根據 IP 地址（邏輯地址）獲取 MAC 地址的一種 TCP/IP 協議。
2.在以太網中，一個主機和另一個主機進行通信，必須要知道目的主機的 MAC 地址（物理地址），而目的 MAC 地址的獲取由 ARP 協議完成。
3.在以太網通信中，數據是以“幀”的格式進行傳輸的，幀格式里面包含目的主機的MAC 地址。因此在通信前需要先獲得目的 MAC 地址，而 ARP 協議正是實現了此功能
4.在獲取到目的 MAC地址之后，將目的MAC地址更新至ARP緩存表中，稱為ARP映射。下次通信時，可以直接從 ARP 緩存表中獲取，而不用重新通過 ARP 獲取 MAC 地址。但一般 ARP緩存表會有過期時間，過期后需要重新通過 ARP 協議進行獲取。

接下來介紹一下上面這段話中的一些專有名詞

1.TCP/IP協議

TCP/IP 是網絡使用中最基本的通信協議，雖然從名字看上去 TCP/IP 包括兩個協議，TCP 和 IP，但 TCP/IP實際上是一組協議，它包括上百個各種功能的協議，如：TCP、IP、ARP、UDP 等。
而 TCP 協議和 IP協議是保證數據完整傳輸的兩個重要的協議，因此 TCP/IP 協議用來表示 Internet 協議簇。
TCP/IP協議不僅可以運行在以太網上，也可以運行在FDDI(光纖分布式數據接口)和WLAN（無線局域網）上。反過來，以太網的高層協議不僅可以是TCP/IP協議，也可以是IPX協議（互聯網分組交換協議）等，只不過以太網+TCP/IP 成為 IT 行業中應用最普遍的技術。

2. MAC地址

MAC地址在網絡中表示網卡的 ID，每個網卡有且僅有一個 MAC 地址。
格式：MAC地址通常由12個十六進制字符組成，分為6對，用冒號或連字符分隔，例如00:1A:2B:3C:4D:5E。

3. ARP映射

將 IP 地址和 MAC 地址映射起來，分為靜態映射和動態映射。
如下圖ARP映射表，左邊是IP地址，右邊是MAC地址，實現映射。

靜態映射： 指手動創建一張 ARP 表，把 IP 地址和 MAC 地址關聯起來。手動綁定之后，源主機在通信 之前，就可以直接從 ARP 表中直接找到 IP 地址對應的 MAC 地址，但這樣做有一定的局限性，因為 MAC地址可能會變化，比如：
1） 機器可能更換 NIC（網絡適配器），結果變成一個新的物理地址；
2）在某些局域網中，每當計算機加電時，他的物理地址都要改變一次。
3） 移動電腦可以從一個物理網絡轉移到另一個物理網絡，這樣會改變物理地址。
要避免這些問題出現，必須定期維護更新ARP表，此類比較麻煩而且會影響網絡性能。

動態映射：指使用協議來獲取相對應的物理地址，之所以用動態這個詞是因為這個過程是自動完成的，一般應用程序的用戶或系統管理員不必關心。已經設計出用于實現動態映射協議的有ARP 和 RARP（逆地址解析協議）兩種，如下圖所示
ARP ：把 IP 地址映射為物理地址
RARP ：把物理地址映射為 IP 地址。（這里不重點講述）

4. ARP請求和ARP應答

ARP請求：源主機發起查詢目的 MAC 地址的報文稱為 ARP 請求
ARP應答：目的主機響應源主機并發送包含本地 MAC 地址的報文稱為 ARP 應答

由于發送的目的 MAC 地址為廣播地址，所以此時局域網中的所有主機都會進行接收并處理這個 ARP 請求報文，然后進行驗證，查看接收方的 IP 地址是不是自己的地址。是則返回 ARP 應答報文，不是則不響應。

主機 A 將收到的 ARP 應答報文中的目的 MAC 地址解析出來，將目的 MAC 地址和目的 IP 地址更新至 ARP 緩存表中。當再次和主機 B 通信時，可以直接從 ARP 緩存表中獲取，而不用重新發起 ARP 請求報文。
ARP 緩存表中的表項有過期時間（一般為 20 分鐘），過期之后，需要重新發起 ARP 請求以獲取目的 MAC 地址。

介紹ARP協議之前，先了解一下以太網的幀格式

二、以太網幀格式

ARP 協議通過以太網進行傳輸，那么必須也要按照以太網所規定的格式進行傳輸，那先來介紹一下太網的幀格式，隨后再詳細介紹 ARP 協議的具體格式。

我們知道串口通信單次只傳輸一個字節，而以太網通信是以數據包的形式傳輸，其單包數據量達到幾十，甚至成百上千個字節。下圖為以太網通過 ARP 傳輸單包數據的格式。

以太網 MAC 幀格式：

注意：以太網相鄰兩幀之間的時間間隔，即幀間隙（IFG，Interpacket Gap）。
幀間隙的時間就是網絡設備和組件在接收一幀之后，需要短暫的時間來恢復并為接收下一幀做準備的時間，IFG 的最小值是 96 bit time，即在媒介中發送 96 位原始數據所需要的時間，在不同媒介中 IFG的最小值是不一樣的。
不管10M/100M/1000M的以太網，兩幀之間最少要有 96bit time，IFG 的最少間隔時間計算方法如下：
10Mbit/s 最小時間為：96100ns = 9600ns；
100Mbit/s 最小時間為：9610ns = 960ns；
1000Mbit/s 最小時間為：96*1ns = 96ns。

三、ARP協議

ARP 協議屬于 TCP/IP 協議簇的一種，ARP 協議位于以太網 MAC幀格式的數據段，ARP 數據包格式如下圖所示。

1. 以太網ARP通信測試：

主機和fpga參數如下：

1：上位機發送ARP請求，FPGA產生ARP應答


2：FPGA發出ARP請求，上位機產生ARP應答


Q：上位機可以通過win的命令：arp-a查看fpga的IP 和 MACY的映射，那如何查看fpga接收到的上位機信息呢？
A：這里使用wireshark軟件對以太網通信進行抓包。