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1、,IP IP格式 IP路由选择 子网划分 子网掩码,复习,第四章 ARP和RARP,引言ARP代理ARP 高速缓存RARP本章小结,4.1 引言,在链路层上，主机和路由器用它们的物理地址来标志，即48 bit物理地址。物理地址是本地地址在本地范围内必须是唯一的，但是在全局上不一定，它通常用硬件实现。 在网络层上，主机和路由器用逻辑地址来标志，逻辑地址就是互联网上的地址，它在全局上是唯一的。在TCP/IP协议族中称为IP地址，长度是32位。 因此需要能够将逻辑地址和相应的物理地址之间进行映射。完成这样的映射可使用静态映射和动态映射。,4.1 引言,静态映射：创建一个表，存储逻辑地址和物理地址的关
2、联关系。然后将网络上的每个主机都存储这个表。缺点是映射表必须周期的更新，增加了网络的开销。 动态映射：地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP,4.2 ARP-地址解析协议,ARP（AddressResolutionProtocol）地址解析协议，负责完成逻辑地址向物理地址的动态映射，将32位逻辑地址（IP地址）转化为48位物理地址（MAC地址）参看RFC826。 ARP通过一个查找表（ARP缓存）来执行这种转换。当没有在ARP缓存中找到地址时，则向网络发送一个广播请求。网络上的所有主机和路由器都接收和处理这个ARP请求，但是只有是广播请求IP地址的主机或路由器 ，发回一个ARP应答分组，应
3、答中包含它的IP地址和物理地址，并保存在请求主机的ARP缓存中。其它主机或路由器都丢弃此分组。,4.2 ARP-地址解析协议,当输入命令ftp 时，执行如下：应用程序FTP客户端把主机名转换成32 bit的IP地址。这个转换过程使用DNS。 FTP客户端请求TCP用得到的IP地址建立连接。 TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述IP地址发送一份IP数据报 。,4.2 ARP-地址解析协议,如果目的主机在本地网络上，那么IP数据报可以直接送到目的主机上。如果目的主机在一个远程网络上，那么就通过IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址，并让它转发IP数据报。在这两种情况下，IP
4、数据报都是被送到位于本地网络上的一台主机或路由器。 假定是一个以太网，那么发送端主机必须把32 bitIP地址变换成48 bit以太网地址。从逻辑Internet地址到对应的物理硬件地址需要进行翻译。这就是ARP的功能。ARP本来是用于广播网络的，有许多主机或路由器连在同一个网络上。 ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。这个过程称作广播，如图中虚线所示。ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，其意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址。”,4.2 ARP-地址解析协议,目的主机的ARP层收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发
5、送一个ARP应答。这个ARP应答包含IP地址及对应的硬件地址。 收到ARP应答后，使ARP进行请求应答交换的IP数据报现在就可以传送了。 发送IP数据报到目的主机。,问题：ARP请求报文是什么发送，ARP应答报文是什么发送？1. 广播 2.单播,4.2 ARP-分组格式,ARP 分组格式 硬件类型：16bit，定义网络类型。以太网是类型 1，取值0x0001。 协议类型： 16bit，定义协议类型。对应IPv4协议，值为 0x0800。 硬件长度：8bit，定义以字节为单位的物理（硬件）地址长度，即n的值。以太网是6。 协议长度：8bit，定义以字节为单位的逻辑（协议）地址长度，即m的值。IP
6、v4的值为4。 操作码：16bit，定义分组的类型。ARP请求为0x0001， ARP应答为0x0002。 RARP请求为0x0003， RARP应答为0x0004。,4.2 ARP-分组格式,发送方硬件地址、发送方协议地址、目的硬件地址和目的协议地址:它们是可变长度字段。源和目的硬件地址对应以太网都是48位地址。源和目的协议地址对应IPv4协议是32位地址。,问题：对于ARP请求报文，目的硬件地址填充什么值？,4.2 ARP-封装,ARP分组直接封装在链路帧 例如：IP地址为130.23.43.20主机，有分组要发送给IP地址为130.23.43 .25的主机，列出封装在以太网帧中的ARP请
7、求和应答分组。 这里有一些重复信息：在以太网帧报头中和ARP请求报文中都有发送端硬件地址。,4.2 ARP-实例,对于一个 ARP 请求来说，除目的硬件地址外的所有其他字段都有填充值。当系统收到一份目的为本机的ARP 请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个发送端地址分别替换两个目的地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。,实例分析,4.3 代理ARP,代理ARP可用来产生划分子网的效应。代理ARP是可以代表一组主机的ARP，描述见RFC1027。,4.3 代理ARP,如果 ARP 请求是从一个网络的主机发往另一个网络上的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程称作代
8、理ARP (Proxy ARP)。这样对发起 ARP 请求的发送端是透明的，使它误以为路由器就是目的主机，而事实上目的主机是在路由器的“另一边”。路由器的功能相当于目的主机的代理，把分组从其他主机转发给它。 ARP 代理的其它用途：通过两个物理网络之间的路由器可以互相隐藏物理网络。在这种情况下，两个物理网络可以使用相同的网络号，只要把中间的路由器设置成一个 ARP 代理，以响应一个网络到另一个网络主机的 ARP 请求。,4.3 ARP高速缓存,发送端往往有多个IP数据报发送到同一个目的端。对发送到同一个主机或路由器的每一个数据报都使用ARP是低效率的。可以使用ARP高速缓存表解决这个问题。 每
9、个主机或路由器上都有一个 ARP 高速缓存表。这个高速缓存表存放最近 Internet 地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存表中每一项的生存时间有限，起始时间从被创建时开始算起。,4.3 ARP高速缓存,按照缺省设置，ARP高速缓存中的项目是动态的，每当发送一个指定地点的数据报且高速缓存中不存在当前项目时，ARP便会自动添加该项目。一旦高速缓存的项目被输入，它们就已经开始走向失效状态。例如，在Windows NT网络中，如果输入项目后不进一步使用，物理/IP地址对就会在2至10分钟内失效。因此，如果ARP高速缓存中项目很少或根本没有时，是正常的。可以通过arp命令查看、添加和删除高速缓存中的
10、内容，使用前最好请先ping 此台主机或路由器。 ARP命令arp命令可以显示、添加和删除arp内容。在windows和unix系统中都有这个命令。arp -a显示所有当前 ARP 条目 。,4.3 ARP高速缓存实例,A主机的IP地址为192.168.0.1，需要与IP为192.168.0.8的主机（主机B）进行通讯，那么将进行以下动作： A主机查询自己的ARP缓存表，若有对应于目的地址192.168.0.8的MAC地址项，则直接使用此MAC地址项构造并发送以太网数据包；否则继续下一步； A主机发出ARP解析请求广播，目的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，请求IP为192.16
11、8.0.8主机回复MAC地址； B主机收到ARP解析请求广播后，回复A主机一个ARP应答数据包，其中包含自己的IP地址和MAC地址； A接收到B主机的ARP回复后，将B主机的MAC地址放入自己的ARP缓存表，然后使用B主机MAC地址作为目的MAC地址，B主机IP地址（192.168.0.8）作为目的IP地址， 构造并发送以太网数据包； 若A主机还要发送数据包给192.168.0.8， 由于在ARP缓存表中已经有IP地址192.168.0.8的MAC地址，所以A主机直接使用此MAC地址发送数据包，而不再发送ARP解析请求广播；当此缓存地址项超过n分钟没有使用，此ARP缓存项超时被删除。,4.3
12、ARP高速缓存,UDP,TCP,IP,ICMP,IGMP,ARP,B,C,A,2,1,4,6,5,1. ARP cache is checked 2. ARP request is sent 3. ARP entry is added 4. ARP reply is sent 5. ARP entry is added 6. IP packet is sent,3,4.4 免费ARP,免费 ARP (gratuitous ARP)。它是指主机发送 ARP 查找自己的 IP 地址。通常，它发生在系统引导期间进行接口配置的时候。 免费 ARP 可以有两个方面的作用： 查找网络上有没有相同的IP地址
13、。 更新ARP缓存。,4.5 RARP,当一个机器只知道它的物理地址时， RARP可用来获得它的逻辑地址。详细描述参见RFC903。 网络上的每个系统都具有唯一的硬件地址，它是由网络接口生产厂家配置的。一些网络主机，如无盘工作站，在它们被引导时不知道自己的IP地址。系统的 RARP 实现过程是从网络接口卡上读取唯一的硬件地址，然后发送一份 RARP 请求（一帧在网络上广播的数据），请求某个主机响应该无盘系统的 IP 地址（在 RARP 应答中）。 RARP的分组格式与ARP完全一样，仅仅是操作字段是3（ RARP 请求）或者4（RARP应答）。,4.5 RARP,虽然 RARP 在概念上很简单
14、，但是一个 RARP 服务器的设计与系统相关，而且比较复杂。 RARP 服务器的复杂性在于，服务器一般要为多个主机（网络上所有的无盘系统）提供硬件地址到 IP 地址的映射。该映射包含在一个磁盘文件中。由于内核一般不读取和分析磁盘文件，因此 RARP 服务器的功能就由用户进程来提供，而不是作为内核 TCP/IP 实现的一部分。更为复杂的是，RARP 请求是作为一个特殊类型的以太网数据帧来传送的（帧类型字段值为 0x8035）。这说明 RARP 服务器必须能够发送和接收这种类型的以太网数据帧。 如果一个网络中有多个 RARP 服务器，发送 RARP 请求的无盘系统一般采用最先收到的 RARP 应答。每个 RARP 服务器同时应答的情况也可能发生，这样会增加以太网发生冲突的概率。,4.6 本章小结,ARP、RARP ARP分组格式 ARP的高速缓存 代理ARP,作业,通过抓数据报，分析ARP协议格式。,
