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地址地址的同時的同時，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現(xiàn)。由于地采用地址映射表格來實現(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人工方式建立和維護，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)。 動態(tài)映射動態(tài)映射是在需要獲得地址映射關(guān)系時是

2、在需要獲得地址映射關(guān)系時利用利用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議直接從其他主機上獲得映射信直接從其他主機上獲得映射信息。息。 因特網(wǎng)采用了動態(tài)映射的方法進行地址映射因特網(wǎng)采用了動態(tài)映射的方法進行地址映射。 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用用兩個協(xié)議兩個協(xié)議來實現(xiàn)這兩種映射：來實現(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)議地址解析協(xié)議(ARP)

3、4.2 反向地址解析協(xié)議反向地址解析協(xié)議(RARP) 4.3 地址解析報文地址解析報文 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能夠獲得與某個給能夠獲得與某個給定定IP地址相關(guān)的主機物理地址。地址相關(guān)的主機物理地址。ARP的功能分為的功能分為兩部分兩部分： 發(fā)送數(shù)據(jù)包請求獲得目的主機的物理地址發(fā)送數(shù)據(jù)包請求獲得目的主機的物理地址 向請求物理地址的主機發(fā)送解析結(jié)果。向請求物理地址的主機發(fā)送解析結(jié)果。 6 6 67 7 7這里需要這里需要注意兩點注意兩點： ARP請求幀在物理網(wǎng)絡(luò)中是以請求幀在物理網(wǎng)絡(luò)中是以廣

4、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。 目的主機必須與源主機位于同一物理網(wǎng)絡(luò)目的主機必須與源主機位于同一物理網(wǎng)絡(luò)。8 8 84.1.2 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)報前都重復(fù)上數(shù)據(jù)報前都重復(fù)上面的過程，勢必會帶來較大的開銷。面的過程，勢必會帶來較大的開銷。 解決解決：每臺主機都維護一個名為：每臺主機都維護一個名為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：當發(fā)送：當發(fā)送IP數(shù)據(jù)報需要獲取目的主機的物理數(shù)據(jù)報需要獲取目的主機的物理地址時，首先地址時，首先檢查檢查它的它的ARP高速緩存高速

5、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，因此每次計算機或路由器重新啟動時，都必須計算機或路由器重新啟動時，都必須動態(tài)地創(chuàng)建動態(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的超時高速緩存中地址映射表項的超時給給ARP高速緩存中的高速緩存中的每一個表項設(shè)置一個超每一個表項設(shè)置一個超時值時值。不同的不同的TCP/IP實現(xiàn)實現(xiàn)使用不同的超時值，短的使用不同的超時值，短的僅有幾十秒鐘，而長的則長達幾個小時。僅有幾十秒鐘，而長的則長達幾個小時。1111114.1.3 地址解析實例地址解析實例 參與通信的源主機與目的主機可能位

6、于同一參與通信的源主機與目的主機可能位于同一個子網(wǎng)，也可能位于不同的子網(wǎng)。個子網(wǎng)，也可能位于不同的子網(wǎng)。1. 源主機與目的主機源主機與目的主機位于同一子網(wǎng)位于同一子網(wǎng) 假設(shè)一臺假設(shè)一臺IP地址為地址為196.168.27.20的主機，希的主機，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的主機發(fā)送的主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。 121212進行進行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:1313131414142. 源主機與目的主機位于不同的子網(wǎng)源主機與目的主機位于不同的子網(wǎng) 源主機與目的主機之間有一臺或多臺路由器

7、，源主機與目的主機之間有一臺或多臺路由器，ARP必須為必須為IP數(shù)據(jù)報通過的每個路由器解析數(shù)據(jù)報通過的每個路由器解析IP地址。地址。151515假設(shè)一臺假設(shè)一臺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的客戶機希望向的客戶機希望向IP地址為地址為 172.16.2.5的的主機發(fā)送主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。161616當主機當主機A要向主機要向主機B傳輸數(shù)據(jù)報時，傳輸數(shù)據(jù)報時，TCP/IP軟件會利軟件會利用子網(wǎng)掩碼確定主機用子網(wǎng)掩碼確定主機B位于位于遠程子網(wǎng)遠程子網(wǎng)上。上。171717181818191919 這里需要這里需要注意注意的是：在從源到目

8、的地的傳輸?shù)氖牵涸趶脑吹侥康牡氐膫鬏斶^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發(fā)生變化物理地址在每一跳都會發(fā)生變化。2020204.1.4 ARP簡化軟件包示例簡化軟件包示例 ARPARP軟件包主要由五個構(gòu)件組成：高速緩存軟件包主要由五個構(gòu)件組成：高速緩存表、隊列、輸出模塊、輸入模塊、高速緩存表、隊列、輸出模塊、輸入模塊、高速緩存控制模塊?？刂颇K。2121212222224.2 反向地址解析協(xié)議反向地址解析協(xié)議(RARP) RARP可以實現(xiàn)從物理地址到可以實現(xiàn)從物理地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。地址的轉(zhuǎn)換。被被無盤計算機用來獲取其無盤計算機用來

9、獲取其IP地址地址。 在進行反向地址解析前，無盤計算機只知道在進行反向地址解析前，無盤計算機只知道自己的物理地址自己的物理地址，另外還具有一個位于，另外還具有一個位于ROM中的中的基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)。232323RARP服務(wù)器服務(wù)器處理請求并根據(jù)請求者的物理地址處理請求并根據(jù)請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。242424ARP和和RARP的的不同之處不同之處： ARP地址解析的地址解析的目的目的是求取另一個設(shè)備的物是求取另一個設(shè)備的物理地址，而理地址，而RARP則主要是由本機的物理地則主要是由本機的物理地址求取本機的址

10、求取本機的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。2525254.3 地址解析報文地址解析報文4.3.1 地址解析報文格式地址解析報文格式 TCP/IP協(xié)議將協(xié)議將ARP和和RARP的請求和應(yīng)答報文設(shè)計成的請求和應(yīng)答報文設(shè)計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。2626264.3.2 地址解析報文處理地址解析報文處理 在在ARP請求報文請求報文中中發(fā)送方硬件地址字段：發(fā)送方硬件地址字段：填入本機的物理地址填入本機的物理地址發(fā)送方協(xié)議地址字段：填入本機的協(xié)議地址發(fā)送

11、方協(xié)議地址字段：填入本機的協(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：填入準備解析的目標機的填入準備解析的目標機的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請求請求 ARP請求以請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)答報文應(yīng)答報文中中目標機將收到的目標機將收到的ARP請求報文中的發(fā)送方硬件地請求報文中的發(fā)送方硬件地址和發(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)議地址議地址目標機將自己的硬件地址和協(xié)議地址（目標機將自己的硬件地址和協(xié)議地址（I

12、P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請求報文請求報文中中發(fā)送方硬件地址字段：發(fā)送方硬件地址字段：填入本機的物理地址填入本機的物理地址發(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：填入本機的物理地址目的硬件地址字段：填入本機的物理地址目的協(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請求請求 RARP請求以請求以廣播

13、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)答報文應(yīng)答報文中中發(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象的解析對象的IP地址和物理地址地址和物理地址操作類型字段：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。3030304.3.3 地址解析報文封裝地址解析報文封裝 ARP/RARP報文封

14、裝在以太網(wǎng)物理幀中的格報文封裝在以太網(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、（、（ ）是動態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的物理地址找出邏輯地）是動態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的物理地址找出邏輯地址；（址；（ ）是動態(tài)映射協(xié)議，它能從給定的邏輯地址找出物理）是動態(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、以上都不是2、在以太網(wǎng)中，封裝、在以太網(wǎng)中，封裝RARP請求數(shù)據(jù)報的物理幀首部的目的地請求數(shù)據(jù)報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、當源主機和目的主機位于同一網(wǎng)絡(luò)中時，、當源主機和目的主機位于同一網(wǎng)絡(luò)中

15、時，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、當目的主機位于遠程網(wǎng)段時，、當目的主機位于遠程網(wǎng)段時，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、當使用、當使用ARP的協(xié)議是的協(xié)議是IP而運行而運行ARP的物理網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)時，的物理網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)時，ARP分組的長度是多少？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）3232326、物理網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，其上運行、物理網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)，其上運行TCP/IP協(xié)議，主機協(xié)議，主機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，主機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，請給出主機，請給出主機A對對 主機主機B進行地址解析的請求報文和應(yīng)答報文的內(nèi)容。進行地址解析的請求報文和應(yīng)答報文的內(nèi)容。7、路由器、路由器R1與與R2位于同一個以太網(wǎng)位于同一個以太網(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