TCPIP協(xié)議課件：第7章 ARP和RARP

1、1第7章 ARP和RARP地址轉(zhuǎn)換問題ARPRARP1. ARP概述 作用、工作原理、分組格式2. ARP操作過程 何時(shí)發(fā)送、送給誰(shuí) 發(fā)送方式（單播、廣播） 發(fā)送內(nèi)容（ARP分組各字段的具體取值， 以及封裝該分組的以太幀中各字段的具 體取值）2引言IP通信的過程在同一IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信，直接在物理網(wǎng)上完成IP網(wǎng)間的通信，交給路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP都需要經(jīng)過物理網(wǎng)絡(luò)的傳輸實(shí)現(xiàn)本章討論IP穿越具體物理網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)細(xì)節(jié)R3引言IP報(bào)文穿越任意一段物理網(wǎng)的過程假定其中一段為從IAIBIA把報(bào)文交給物理網(wǎng)時(shí)，需指明應(yīng)送交物理網(wǎng)的PB站點(diǎn)PB站點(diǎn)取出報(bào)文遞交到上層，即IP層IAIP報(bào)文PAIBIP報(bào)文PBIAIBPA

2、PBRRIAIB4引言IP報(bào)文交付到主機(jī)或路由器需要兩級(jí)地址互聯(lián)網(wǎng)：IP地址全網(wǎng)統(tǒng)一編址具有全局唯一性通常用軟件實(shí)現(xiàn)用在網(wǎng)絡(luò)層的分組中物理網(wǎng)：物理地址由所屬的物理網(wǎng)絡(luò)來定義具有本地唯一性，不一定具有全局唯一性通常寫在硬件（網(wǎng)卡）上包含在數(shù)據(jù)鏈路層使用的幀中5引言主機(jī)標(biāo)識(shí)互聯(lián)網(wǎng)：IP地址物理網(wǎng)：物理地址NetworkData LinkPhysical映射To：電子科技大學(xué)成都市建設(shè)北路2段4號(hào)單位名稱（邏輯）單位地址（物理）67.1 地址轉(zhuǎn)換問題A送往E的分組需封裝在Ethernet幀中傳送IP地址：全局性物理地址：本地性AA僅知道：IPA，MACA，IPEEthernet Frame：IP P

3、acket？EBCD目的MAC類型FCS源MACMACA7地址解析（Address Resolution）邏輯地址 物理地址Static mappingDynamic mappingStatic TableLogical addressPhysical addressCache TableLogical addressPhysical address8靜態(tài)映射映射表是固定設(shè)置的，存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)機(jī)器上應(yīng)用固定不變的網(wǎng)絡(luò)面向連接的網(wǎng)絡(luò)，如X.25、FR、 ATM局限更換網(wǎng)卡計(jì)算機(jī)移動(dòng)9動(dòng)態(tài)映射使用協(xié)議按需獲得ARP （邏輯地址映射為物理地址）RARP （物理地址映射為邏輯地址 ）需使用單播和廣播

4、物理地址107.2 ARPAddress Resolution Protocol，RFC 826地址解析協(xié)議：IP地址 MAC地址IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTransport LayerApplication Layer117.2.1 ARP 工作原理A: 1.2.3.1E: 1.2.3.5Im looking for the physical address of a node whose IP address is: 1.2.3.5I am the node you are looking for,

5、 and my physical address is: 0005.5D06.1418RequestRequestRequestReplyRequestBroadcastUnicastB: 1.2.3.2C: 1.2.3.3D: 1.2.3.4IP地址MAC地址As ARP Cache：1.2.3.50005.5D06.1418綁定127.2.2 ARP 分組Hardware TypeProtocol TypeHardware address lenProtocol address lenOperation Request 1, Reply 2Sender hardware address（F

6、or example，6 bytes for Ethernet）Sender protocol address（For example，4 bytes for IP）Target hardware address（For example，6 bytes for Ethernet）Target protocol address（For example，4 bytes for IP）It is not filled in a request13ARP 分組封裝ARP分組順序ARP分組直接封裝在數(shù)據(jù)鏈路幀中例：Ethernet 幀HTypePTypeHLPLOPsMACsIPtMACtIP22211

7、6644ARP Packet目的MAC類型FCS源MACPacket66246 15004bytepad28 bytes460 x0806byte14ARP 請(qǐng)求分組15ARP 應(yīng)答分組16IP、ARP 分組交互過程IPIPIPIPARP requestARP replyIP報(bào)文存在綁定IP報(bào)文IP報(bào)文IP報(bào)文無綁定17IP、ARP 分組交互過程發(fā)送站知道目的站的IP地址，但不知道目的站的物理地址；先查緩存表，如果不存在目的站的IP地址和物理地址的映射關(guān)系，則使用ARP服務(wù)創(chuàng)建ARP請(qǐng)求分組，其中目的站的物理地址域填0；ARP請(qǐng)求分組送到數(shù)據(jù)鏈路層封裝成幀，幀結(jié)構(gòu)中源地址為發(fā)送者的物理地址，目

8、的地址為物理廣播地址（以太網(wǎng)中，物理廣播地址為48位1）；網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)主機(jī)或路由器都可收到該數(shù)據(jù)幀，但只有目的站會(huì)識(shí)出自己的IP地址。目的站發(fā)送ARP響應(yīng)分組（ 單播）發(fā)送站收到ARP應(yīng)答分組，應(yīng)答中得到的綁定放入解析表(避免以后再找）后續(xù)到該目的站的IP報(bào)文得以發(fā)送出去187.2.3 ARP 操作Case 1：A B同一IP網(wǎng)絡(luò)Case 2：A D不同IP網(wǎng)絡(luò)ACBDR1R2IPA，MACAIPB，MACBIPC，MACCIPD，MACDIP1MAC1IP2MAC2IP3MAC3IP4MAC419Case 1：A BACBDR1R2IPA，MACAIPB，MACBIPC，MACCIPD，MA

9、CDIP1MAC1IP2MAC2IP3MAC3IP4MAC4IP地址MAC地址As ARP Cache：IPBMACBBs ARP Cache：IPAMACAR1s ARP Cache：sIP=IPA，dIP=IPBARPrequestARPrequestARPrequestARPrequestARPreplyIPIPsMAC=MACA，dMAC=MACBsIP=IPA，dIP=IPBdMAC=廣播，Target_IP=IPB20當(dāng)收到地址轉(zhuǎn)換包時(shí)，收包模塊把它送到運(yùn)行類似下面算法的地址轉(zhuǎn)換模塊。條件不 成立意味著處理結(jié)束，并丟棄包。 ？我用ar$hrd字段中的硬件嗎？ 是：(幾乎肯定) 檢查

10、ar$hln的硬件地址長(zhǎng)度(可選) ？我用ar$pro字段中的協(xié)議嗎？ 是： 檢查ar$pln的協(xié)議地址長(zhǎng)度(可選) Merge_flag := false 如果對(duì)在我的轉(zhuǎn)換表中，用包中的發(fā) 送者硬件 地址更新表，并把Merge_flag設(shè)成true。 ？我是目的協(xié)議地址嗎？ 是： 如果Merge_flag是false，在轉(zhuǎn)換表中加入三元組。 ？操作碼是ares_op$REQUEST嗎？ 是： 交換硬件和協(xié)議字段，把本地硬件和協(xié)議地址填在發(fā)送者字段中。在 ar$op字段中填ares_op$REPLY。然后從收到包的硬件上把這個(gè)包發(fā) 送到目的硬件地址。 RFC826: ARP協(xié)議收到ARP分組后

11、的處理流程21Case 2：A DACBDR1R2IPA，MACAIPB，MACBIPC，MACCIPD，MACDIP1MAC1IP2MAC2IP3MAC3IP4MAC4IP地址MAC地址As ARP Cache：IP1MAC1Bs ARP Cache：R1s ARP Cache：IPAMACAsIP=IPA，dIP=IPDARPrequestARPrequestARPrequestARPrequestARPreplyIPIPsMAC=MACA，dMAC=MAC1sIP=IPA，dIP=IPDdMAC=廣播，Target_IP=IP1IPD不在本網(wǎng)內(nèi)，分組由R1轉(zhuǎn)發(fā)sMAC=MAC2，dMAC

12、=MAC3sIP=IPA，dIP=IPDsMAC=MAC4，dMAC=MACDsIP=IPA，dIP=IPDIP1是A的缺省網(wǎng)關(guān)（Default Gateway）22ARP CacheHost（Windows XP）C: arp aInterface: 202.115.12.34 - 0 x2 Interface Address Physical Address Type 202.115.12.33 00-90-27-a7-98-41 dynamic 202.115.12.47 00-90-27-1d-d9-94 dynamic 202.115.12.62 00-90-27-1a-67-e7

13、dynamic23arp 命令arp a ：顯示A R P 高速緩存中的所有內(nèi)容。arp d : 刪除A R P 高速緩存中的某一項(xiàng)內(nèi)容。24ExampleA host with IP address 130.23.43.20 and physical address 0 xB23455102210 has a packet to send to another host with IP address 130.23.43.25 and physical address 0 xA46EF45983AB. The two hosts are on the same Ethernet networ

14、k. Show the ARP request and reply packets encapsulated in Ethernet frames.25Example: ARP Request26Example: ARP Reply277.2.4 ARP軟件設(shè)計(jì)28ARP 貢獻(xiàn)IP實(shí)體之間的經(jīng)過物理網(wǎng)絡(luò)的通信，都隱含著ARP的處理存在。解決IP地址和各種物理地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使IP協(xié)議不必關(guān)心各種物理網(wǎng)絡(luò)的地址問題。概念上，IP認(rèn)為通過各種網(wǎng)絡(luò)傳輸IP報(bào)文的方式是一致的。不同網(wǎng)絡(luò)有不同的地址解析方案。ARP協(xié)議(RFC826)對(duì)類以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)非常有效。ARP1ARP2ARPnIP29思考更新AR

15、P綁定時(shí)，發(fā)現(xiàn)已有的綁定與新的綁定不一樣，是保持已有的還是替換它？封裝IP報(bào)文的以太幀中的源MAC和IP報(bào)文中的源IP可否用于刷新ARP表項(xiàng)？目的MAC和目的IP呢？307.2.5 代理ARP.3向.35發(fā)送IP分組.3廣播請(qǐng)求.35的ARP分組，R不轉(zhuǎn)發(fā)廣播.35向.3發(fā)送IP分組.35廣播請(qǐng)求.62的ARP分組R200.6.8.0/24Main network200.6.8.32/27Hided network.33.34.35.62.1.3.100.201 IP發(fā)送失敗 IP發(fā)送成功 ARP失敗 ARP成功31Proxy ARP(RFC 925)設(shè)想：R代替.35，向.3發(fā)回ARP響應(yīng)R

16、用.1接口的MAC地址作響應(yīng).3會(huì)誤認(rèn)為是.35的MAC地址，形成綁定.3就會(huì)把IP報(bào)文送到R(.1接口），R再轉(zhuǎn)發(fā)到.35上R在.1接口上替隱藏的網(wǎng)絡(luò)回答ARP，通信效果如同一個(gè)IP網(wǎng)R在.1接口處具備ARP Proxy功能R在.65接口可以不具備ARP proxy功能R在一個(gè)接口上，替其它網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)作ARP回答的方式，稱為ARP Proxy（ARP代理）32Proxy ARP 的特點(diǎn)針對(duì)具體的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)如：R在.62接口上可不啟用Proxy ARP多個(gè)IP地址與一個(gè)MAC地址的映射關(guān)系如：.3中，.33、.34、.35都映射于R的.1接口的MAC地址保留網(wǎng)絡(luò)外部特性，隱藏了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

17、200.6.8.0/24Main network200.6.8.32/27Hided network.33.34.35.62.1.3.100.201R337.2.6 Gratuitous ARP免費(fèi)ARP：檢測(cè)IP地址沖突AB202.115.12.34202.115.12.341. ARP request: sIP = tIP = 202.115.12.342. ARP reply: sIP = tIP = 202.115.12.343. Disable local interface: 202.115.12.34開機(jī)啟動(dòng)或更換地址347.3 RARPReverse Address Resol

18、ution ProtocolRFC 903：MAC地址 IP地址IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTransport LayerApplication Layer35RARP操作用途無盤機(jī)器的引導(dǎo)、動(dòng)態(tài)IP地址配置分組格式與ARP分組相同Operation：3 RARP request，4 RARP replyEthernet幀封裝類型：0 x8035操作RARP request：廣播發(fā)送，sIP和tIP不填， sMAC= tMACRARP reply：僅由RARP服務(wù)器單播發(fā)送36RARP服務(wù)器地址綁定預(yù)定的地址綁定表，或動(dòng)態(tài)為其請(qǐng)求選擇一個(gè)IP地址服務(wù)器