第4章地址解析

1、1 1 1 第4章 地址解析 因特網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層使用因特網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層使用IPIP地址地址的同時(shí)的同時(shí)，在物理網(wǎng)在物理網(wǎng) 絡(luò)中仍使用絡(luò)中仍使用物理地址物理地址。這兩套地址之間必須建這兩套地址之間必須建 立立映射關(guān)系映射關(guān)系。 2 2 2 建立邏輯地址與物理地址之間映射的方法通建立邏輯地址與物理地址之間映射的方法通 常有兩種：常有兩種： 靜態(tài)映射靜態(tài)映射采用地址映射表格來實(shí)現(xiàn)。由于地采用地址映射表格來實(shí)現(xiàn)。由于地 址映射表一般由址映射表一般由人工方式建立和維護(hù)人工方式建立和維護(hù)，所以，所以 不能適應(yīng)頻繁變化的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)模龐大的網(wǎng)絡(luò)。不能適應(yīng)頻繁變化的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)模龐大的網(wǎng)絡(luò)。 動(dòng)態(tài)映射動(dòng)態(tài)映射是在需要獲得地址

2、映射關(guān)系時(shí)是在需要獲得地址映射關(guān)系時(shí)利用利用 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議直接從其他主機(jī)上獲得映射信直接從其他主機(jī)上獲得映射信 息。息。 因特網(wǎng)采用了動(dòng)態(tài)映射的方法進(jìn)行地址映射因特網(wǎng)采用了動(dòng)態(tài)映射的方法進(jìn)行地址映射。 3 3 3 邏輯地址與物理地址之間的映射稱為邏輯地址與物理地址之間的映射稱為地址解地址解 析析(Address resolution)。 TCP/IP用用兩個(gè)協(xié)議兩個(gè)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)這兩種映射：來實(shí)現(xiàn)這兩種映射： ARP用于從用于從IP地址到物理地址的映射地址到物理地址的映射 RARP用于從物理地址到用于從物理地址到IP地址的映射地址的映射 4 4 4 第4章 地址解析 4.1 地址解析協(xié)

3、議地址解析協(xié)議(ARP) 4.2 反向地址解析協(xié)議反向地址解析協(xié)議(RARP) 4.3 地址解析報(bào)文地址解析報(bào)文 5 5 5 4.1 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議(ARP) 4.1.1 地址解析原理地址解析原理 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議ARP使使IP能夠獲得與某個(gè)給能夠獲得與某個(gè)給 定定IP地址相關(guān)的主機(jī)物理地址。地址相關(guān)的主機(jī)物理地址。 ARP的功能分為的功能分為兩部分兩部分： 發(fā)送數(shù)據(jù)包請(qǐng)求獲得目的主機(jī)的物理地址發(fā)送數(shù)據(jù)包請(qǐng)求獲得目的主機(jī)的物理地址 向請(qǐng)求物理地址的主機(jī)發(fā)送解析結(jié)果。向請(qǐng)求物理地址的主機(jī)發(fā)送解析結(jié)果。 6 6 6 7 7 7 這里需要這里需要注意兩點(diǎn)注意兩點(diǎn)： ARP請(qǐng)求幀在物

4、理網(wǎng)絡(luò)中是以請(qǐng)求幀在物理網(wǎng)絡(luò)中是以廣播方式廣播方式發(fā)送的，發(fā)送的， ARP應(yīng)答幀是以應(yīng)答幀是以單播方式單播方式發(fā)送的。發(fā)送的。 目的主機(jī)必須與源主機(jī)位于同一物理網(wǎng)絡(luò)目的主機(jī)必須與源主機(jī)位于同一物理網(wǎng)絡(luò)。 8 8 8 4.1.2 ARP緩存緩存 問題問題：如果每次在發(fā)送：如果每次在發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)前都重復(fù)上數(shù)據(jù)報(bào)前都重復(fù)上 面的過程，勢必會(huì)帶來較大的開銷。面的過程，勢必會(huì)帶來較大的開銷。 解決解決：每臺(tái)主機(jī)都維護(hù)一個(gè)名為：每臺(tái)主機(jī)都維護(hù)一個(gè)名為ARP高速緩高速緩 存存的本地列表。的本地列表。 9 9 9 使用使用：當(dāng)發(fā)送：當(dāng)發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)需要獲取目的主機(jī)的物理數(shù)據(jù)報(bào)需要獲取目的主機(jī)的物理 地址時(shí)，

5、首先地址時(shí)，首先檢查檢查它的它的ARP高速緩存高速緩存 創(chuàng)建創(chuàng)建：由于：由于ARP高速緩存高速緩存位于內(nèi)存位于內(nèi)存中，因此每次中，因此每次 計(jì)算機(jī)或路由器重新啟動(dòng)時(shí)，都必須計(jì)算機(jī)或路由器重新啟動(dòng)時(shí)，都必須動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建 地址映射表地址映射表。 ARP命令命令 101010 ARP高速緩存中地址映射表項(xiàng)的超時(shí)高速緩存中地址映射表項(xiàng)的超時(shí) 給給ARP高速緩存中的高速緩存中的每一個(gè)表項(xiàng)設(shè)置一個(gè)超每一個(gè)表項(xiàng)設(shè)置一個(gè)超 時(shí)值時(shí)值。 不同的不同的TCP/IP實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)使用不同的超時(shí)值，短的使用不同的超時(shí)值，短的 僅有幾十秒鐘，而長的則長達(dá)幾個(gè)小時(shí)。僅有幾十秒鐘，而長的則長達(dá)幾個(gè)小時(shí)。 111111 4

6、.1.3 地址解析實(shí)例地址解析實(shí)例 參與通信的源主機(jī)與目的主機(jī)可能位于同一參與通信的源主機(jī)與目的主機(jī)可能位于同一 個(gè)子網(wǎng)，也可能位于不同的子網(wǎng)。個(gè)子網(wǎng)，也可能位于不同的子網(wǎng)。 1. 源主機(jī)與目的主機(jī)源主機(jī)與目的主機(jī)位于同一子網(wǎng)位于同一子網(wǎng) 假設(shè)一臺(tái)假設(shè)一臺(tái)IP地址為地址為196.168.27.20的主機(jī)，希的主機(jī)，希 望向位于同一子網(wǎng)中望向位于同一子網(wǎng)中IP地址為地址為 196.168.27.22的主機(jī)發(fā)送的主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)。 121212 進(jìn)行進(jìn)行IP地址解析的過程如圖所示，其具體步驟如下地址解析的過程如圖所示，其具體步驟如下: 131313 141414 2. 源主機(jī)與目的主機(jī)位

7、于不同的子網(wǎng)源主機(jī)與目的主機(jī)位于不同的子網(wǎng) 源主機(jī)與目的主機(jī)之間有一臺(tái)或多臺(tái)路由器，源主機(jī)與目的主機(jī)之間有一臺(tái)或多臺(tái)路由器， ARP必須為必須為IP數(shù)據(jù)報(bào)通過的每個(gè)路由器解析數(shù)據(jù)報(bào)通過的每個(gè)路由器解析 IP地址。地址。 151515 假設(shè)一臺(tái)假設(shè)一臺(tái)IP地址為地址為172.16.1.9，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0的客戶機(jī)希望向的客戶機(jī)希望向IP地址為地址為 172.16.2.5的的 主機(jī)發(fā)送主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)。 161616 當(dāng)主機(jī)當(dāng)主機(jī)A要向主機(jī)要向主機(jī)B傳輸數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，TCP/IP軟件會(huì)利軟件會(huì)利 用子網(wǎng)掩碼確定主機(jī)用子網(wǎng)掩碼確定主機(jī)B位于位于遠(yuǎn)

8、程子網(wǎng)遠(yuǎn)程子網(wǎng)上。上。 171717 181818 191919 這里需要這里需要注意注意的是：在從源到目的地的傳輸?shù)氖牵涸趶脑吹侥康牡氐膫鬏?過程中，數(shù)據(jù)包的過程中，數(shù)據(jù)包的IP地址是不發(fā)生變化的地址是不發(fā)生變化的， 而而物理地址在每一跳都會(huì)發(fā)生變化物理地址在每一跳都會(huì)發(fā)生變化。 202020 4.1.4 ARP簡化軟件包示例簡化軟件包示例 ARPARP軟件包主要由五個(gè)構(gòu)件組成：高速緩存軟件包主要由五個(gè)構(gòu)件組成：高速緩存 表、隊(duì)列、輸出模塊、輸入模塊、高速緩存表、隊(duì)列、輸出模塊、輸入模塊、高速緩存 控制模塊?？刂颇K。 212121 222222 4.2 反向地址解析協(xié)議反向地址解析協(xié)議(R

9、ARP) RARP可以實(shí)現(xiàn)從物理地址到可以實(shí)現(xiàn)從物理地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。地址的轉(zhuǎn)換。 被被無盤計(jì)算機(jī)用來獲取其無盤計(jì)算機(jī)用來獲取其IP地址地址。 在進(jìn)行反向地址解析前，無盤計(jì)算機(jī)只知道在進(jìn)行反向地址解析前，無盤計(jì)算機(jī)只知道 自己的物理地址自己的物理地址，另外還具有一個(gè)位于，另外還具有一個(gè)位于ROM 中的中的基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)。 232323 RARP服務(wù)器服務(wù)器處理請(qǐng)求并根據(jù)請(qǐng)求者的物理地址處理請(qǐng)求并根據(jù)請(qǐng)求者的物理地址查物查物 理地址理地址-IP地址映射表地址映射表，然后形成應(yīng)答。，然后形成應(yīng)答。 242424 ARP和和RARP的的不同之處不同之處： ARP地址解析的地址

10、解析的目的目的是求取另一個(gè)設(shè)備的物是求取另一個(gè)設(shè)備的物 理地址，而理地址，而RARP則主要是由本機(jī)的物理地則主要是由本機(jī)的物理地 址求取本機(jī)的址求取本機(jī)的IP地址。地址。 RARP需要有需要有RARP服務(wù)器幫助完成解析，服務(wù)器幫助完成解析， 而而ARP不需要專門的服務(wù)器。不需要專門的服務(wù)器。 252525 4.3 地址解析報(bào)文地址解析報(bào)文 4.3.1 地址解析報(bào)文格式地址解析報(bào)文格式 TCP/IP協(xié)議將協(xié)議將ARP和和RARP的請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文設(shè)計(jì)成的請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文設(shè)計(jì)成 相同的格式相同的格式，通過，通過操作字段操作字段來加以區(qū)別。來加以區(qū)別。 262626 4.3.2 地址解析報(bào)文處理地址解析

11、報(bào)文處理 在在ARP請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求報(bào)文中中 發(fā)送方硬件地址字段：發(fā)送方硬件地址字段：填入本機(jī)的物理地址填入本機(jī)的物理地址 發(fā)送方協(xié)議地址字段：填入本機(jī)的協(xié)議地址發(fā)送方協(xié)議地址字段：填入本機(jī)的協(xié)議地址 目的硬件地址字段：全目的硬件地址字段：全0 目的協(xié)議地址字段：目的協(xié)議地址字段：填入準(zhǔn)備解析的目標(biāo)機(jī)的填入準(zhǔn)備解析的目標(biāo)機(jī)的IP 地址地址 操作類型字段：填入操作類型字段：填入“1”表示是表示是ARP請(qǐng)求請(qǐng)求 ARP請(qǐng)求以請(qǐng)求以廣播方式廣播方式在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。 272727 在在ARP應(yīng)答報(bào)文應(yīng)答報(bào)文中中 目標(biāo)機(jī)將收到的目標(biāo)機(jī)將收到的ARP請(qǐng)求報(bào)文中的發(fā)送方硬件地請(qǐng)求報(bào)文中的發(fā)送

12、方硬件地 址和發(fā)送方協(xié)議地址放入目的硬件地址和目的協(xié)址和發(fā)送方協(xié)議地址放入目的硬件地址和目的協(xié) 議地址議地址 目標(biāo)機(jī)將自己的硬件地址和協(xié)議地址（目標(biāo)機(jī)將自己的硬件地址和協(xié)議地址（IP地址）地址） 填入發(fā)送方硬件地址和發(fā)送方協(xié)議地址填入發(fā)送方硬件地址和發(fā)送方協(xié)議地址 操作類型字段：填入操作類型字段：填入“2”表示是表示是ARP應(yīng)答應(yīng)答 ARP應(yīng)答以應(yīng)答以單播方式單播方式在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。 282828 在在RARP請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求報(bào)文中中 發(fā)送方硬件地址字段：發(fā)送方硬件地址字段：填入本機(jī)的物理地址填入本機(jī)的物理地址 發(fā)送方協(xié)議地址字段：全發(fā)送方協(xié)議地址字段：全0 目的硬件地址字段：

13、填入本機(jī)的物理地址目的硬件地址字段：填入本機(jī)的物理地址 目的協(xié)議地址字段：目的協(xié)議地址字段：全全0 操作類型字段：填入操作類型字段：填入“3”表示是表示是RARP請(qǐng)求請(qǐng)求 RARP請(qǐng)求以請(qǐng)求以廣播方式廣播方式在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。 292929 在在RARP應(yīng)答報(bào)文應(yīng)答報(bào)文中中 發(fā)送方硬件地址和發(fā)送方協(xié)議地址字段填的發(fā)送方硬件地址和發(fā)送方協(xié)議地址字段填的 是給出應(yīng)答的是給出應(yīng)答的RARP服務(wù)器的物理地址和服務(wù)器的物理地址和IP 地址地址 目的硬件地址和目的協(xié)議地址字段填的是被目的硬件地址和目的協(xié)議地址字段填的是被 解析對(duì)象的解析對(duì)象的IP地址和物理地址地址和物理地址 操作類型字段

14、：填入操作類型字段：填入“4”表示是表示是RARP應(yīng)答應(yīng)答 ARP應(yīng)答以應(yīng)答以單播方式單播方式在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。在物理網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。 303030 4.3.3 地址解析報(bào)文封裝地址解析報(bào)文封裝 ARP/RARP報(bào)文封裝在以太網(wǎng)物理幀中的格報(bào)文封裝在以太網(wǎng)物理幀中的格 式如圖所示。式如圖所示。 313131 習(xí)題習(xí)題 1、（、（ ）是動(dòng)態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的物理地址找出邏輯地）是動(dòng)態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的物理地址找出邏輯地 址；（址；（ ）是動(dòng)態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的邏輯地址找出物理）是動(dòng)態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的邏輯地址找出物理 地址。地址。 A、ARP B、RARP C、IP D、以上都不是、

15、以上都不是 2、在以太網(wǎng)中，封裝、在以太網(wǎng)中，封裝RARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)報(bào)的物理幀首部的目的地請(qǐng)求數(shù)據(jù)報(bào)的物理幀首部的目的地 址字段應(yīng)填入什么？址字段應(yīng)填入什么？ 3、當(dāng)源主機(jī)和目的主機(jī)位于同一網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，、當(dāng)源主機(jī)和目的主機(jī)位于同一網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，ARP協(xié)議解析的結(jié)協(xié)議解析的結(jié) 果將提供什么設(shè)備的物理地址？果將提供什么設(shè)備的物理地址？ 4、當(dāng)目的主機(jī)位于遠(yuǎn)程網(wǎng)段時(shí)，、當(dāng)目的主機(jī)位于遠(yuǎn)程網(wǎng)段時(shí)，ARP協(xié)議解析的結(jié)果將提供什協(xié)議解析的結(jié)果將提供什 么設(shè)備的物理地址？么設(shè)備的物理地址？ 5、當(dāng)使用、當(dāng)使用ARP的協(xié)議是的協(xié)議是IP而運(yùn)行而運(yùn)行ARP的物理網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)時(shí)，的物理網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)時(shí)， ARP分組的長度是

16、多少？攜帶此分組的長度是多少？攜帶此ARP分組的以太網(wǎng)幀的長度分組的以太網(wǎng)幀的長度 是多少？（以字節(jié)為單位）是多少？（以字節(jié)為單位） 323232 6、物理網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，其上運(yùn)行、物理網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，其上運(yùn)行TCP/IP協(xié)議，主機(jī)協(xié)議，主機(jī) A的的IP地址為地址為194.120.29.12，物理地址為，物理地址為 0 x0C00145B2810，主機(jī)，主機(jī)B的的IP地址為地址為194.120.29.28， 物理地址為物理地址為0 x0C0014276A16，請(qǐng)給出主機(jī)，請(qǐng)給出主機(jī)A對(duì)對(duì) 主機(jī)主機(jī) B進(jìn)行地址解析的請(qǐng)求報(bào)文和應(yīng)答報(bào)文的內(nèi)容。進(jìn)行地址解析的請(qǐng)求報(bào)文和應(yīng)答報(bào)文的內(nèi)容。 7、路由器、路由器R1與與R2位于同一個(gè)以太網(wǎng)位于同一個(gè)以太網(wǎng)LAN中，中，R1與與 LAN相連的網(wǎng)卡的相連的網(wǎng)卡的IP地址是地址是195.5.2.12，物理地址是，物理