第五章IP基本原理（续）

ARP

    IP地址将物理地址对上层隐藏起来，使Internet表现出统一的地址格式。但在实际通讯时，IP地址不能被物理网络所识别，物理网络所使用的依然是物理地址。隐藏，必须实现IP地址对物理地址的映射。

    对于以太网而言，当IP数据包通过以太网发送时，以太网链路并不识别32位的IP地址，它们是以48位的MAC地址标识以太网节点的。因此，必须在IP地址与MAC地址之间建立映射（map）关系，建立这种映射的过程称为地址解析（Resolution）。

    ARP（Address Resolution Protocol 地址解析协议）就是用于动态地将IP地址解析为MAC地址的协议。主机通过ARP解析目的MAC地址后，将在自己的ARP缓存表中添加相应的IP地址到MAC地址的映射表项，用于后续到同一目的地报文的转发。

    ARP表项分为动态ARP表项和静态ARP表项：

• 动态ARP表项由ARP协议动态解析获得，如果超过一个老化时间未被使用，则会被自动删除。

• 静态ARP表项通过管理员手工配置，不会被老化。静态ARP表项的优先级高于动态ARP表项，可以将相应的动态ARP表项覆盖。

  此外，还有一种特殊的ARP应用——免费ARP（Gratuitous ARP）。免费ARP协议包中携带的发送者IP地址和目标IP地址都是本机IP地址，发送者MAC地址是本机MAC地址，目标MAC地址是广播地址。对外发送免费ARP协议包可以实现以下功能：

• 确定其他设备的IP地址是否与本机IP地址冲突

• 设备改变了硬件地址，通过发送免费ARP报文通知其他设备更新ARP表项。

RARP

主机只知道自己的硬件地址时，可以通过RARP(Reverse Address Resolution 反向地址解析协议)解析自己的IP地址。RARP常用于无盘工作站启动前获取自身IP地址。

在刚刚启动时，无盘工作站只知道自己网卡的MAC地址，需要获得自己的IP地址，于是，向网络中广播RARP请求。RARP服务器接收广播请求后发送应当报文，无盘工作站随机获得IP地址。

RARP服务器要响应请求，首先必须知道物理地址与IP地址的对应关系。为此，在RARP服务器中维持着一个本网络的“物理地址——IP地址”映射表。当无盘工作站发出RARP请求后，网上所有主机均收到请求，但只有RARP服务器处理请求并根据请求者物理地址响应请求。无盘工作站发出的RARP请求中携带其物理地址，服务器根据此硬件地址查找其IP地址。由于服务器此时已经知道无盘工作站的物理地址，因此不再采用广播方式，而是直接向无盘工作站发送单播应答。

对于ARP 、RARP请求以广播方式发送，ARP、RARP 应当一般以单播形式发送，以节省网络资源。

IP包转发

主机在发送IP包之前，首先需判断目的主机所处的位置。主机对比自身IP地址的网络地址与目的IP地址的网络地址，如果二者相等，则可知目的主机与自己处于同一网段；如果二者不相等，则目的主机与自己处于不同网段。

如果目的与本机处于同一网段，主机可以与其直接通信。此时主机首先解析目的主机IP地址对应的硬件地址，随即将IP包以此硬件地址为目的地址封装成帧，由直连此网段的接口发送给目的主机。

如果目的与主机处于不同网段，则主机需将IP包交给一台称为默认网关（default gateway）的路由器，由此路由器设法将IP地址转发给目的主机。此时主机根据默认网关的IP地址解析出默认网关的硬件地址，随即将IP包以此硬件地址为目的地址封装成帧，由直连此网段的接口发送给默认网关。

路由器单播IP包转发

    路由器收到一个IP包后，首先检测其目的地址。如果目的地址为本机，则接收此包并将其解封装，所得数据提交上层协议处理。

    如果此IP包目的地址并非本机，而处于某个接口互连的网段，路由器可以与其直接通信。此时路由器首先解析目的主机IP地址对应的硬件地址，随即将IP包以此硬件地址为目的地址封装成帧，由直连此网段的接口发送给目的主机。

    如果目的与路由器不同网段，则路由器需将IP包交给下一跳路由器，由下一跳设法将IP包转发给目的主机。此时主机根据路由表中的路由信息查出下一跳的IP地址，解析出下一跳的硬件地址，随即将IPI包以此硬件地址为目的地址封装成帧，由直连此网段的接口发给下一跳路由器。

主机接收IP包

在收到网络接口层提交的IP数据包时，主机首先检查这个包的目的地址是否等于自身IP地址。如果其目的地址符合下列情况之一，则主机接收此包，并将其数据提交相应的上层协议处理：

• 这个包的目的IP地址等于自身IP地址

• 这个包的目的IP地址是一个广播地址

• 这个包的目的IP地址是一个组播地址，而本机的某个服务正好属于此组播组。

如果此IP包的目的地址不符合上述任何一种情况，则主机的网络层丢弃此IP包。

代理ARP

    当主机不了解网关的信息，或主机无法判断目的是否处于本网段时，某些主机会对处于其网段的目的主机IP地址直接进行ARP解析。此时，路由器可以运行代理ARP(Proxy ARP)帮助主机实现通信。

    HostA希望与HostC通信，但由于某种原因，HostA直接发送了ARP请求，解析HostC的MAC地址。运行了代理ARP的路由器收到ARP请求后，代理HostA在2.0.0.0网段发出ARP请求，解析HostC的MAC地址。

    HostC认为路由器向其发出了ARP请求，遂回应以ARP响应，通告自己的MAC地址

00E0.FE03.3333。路由器收到ARP响应后，也向HostA发送ARP响应，但通告的MAC地址是其连接到1.0.0.0网络的以太口E0/0的MAC地址00E0.FC02.2222。这样在HostA的ARP表中会将所有要发送给HostC的数据包发送到路由器上，再有路由器转发给HostC。

ICMP

第五章IP基本原理（续）

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