第4章 地址解析

第4章地址解析因特網在網絡層使用IP地址的同時，在物理網絡中仍使用物理地址。這兩套地址之間必須建立映射關系。建立邏輯地址與物理地址之間映射的方法通常有兩種：靜態(tài)映射采用地址映射表格來實現。由于地址映射表一般由人工方式建立和維護，所以不能適應頻繁變化的網絡和規(guī)模龐大的網絡。動態(tài)映射是在需要獲得地址映射關系時利用網絡通信協(xié)議直接從其他主機上獲得映射信息。因特網采用了動態(tài)映射的方法進行地址映射。

邏輯地址與物理地址之間的映射稱為地址解析(Addressresolution)。TCP/IP用兩個協(xié)議來實現這兩種映射：ARP用于從IP地址到物理地址的映射RARP用于從物理地址到IP地址的映射第4章地址解析4.1地址解析協(xié)議(ARP)4.2反向地址解析協(xié)議(RARP)4.3地址解析報文

4.1地址解析協(xié)議(ARP)4.1.1地址解析原理地址解析協(xié)議ARP使IP能夠獲得與某個給定IP地址相關的主機物理地址。

ARP的功能分為兩部分：發(fā)送數據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)送解析結果。這里需要注意兩點：<1>ARP請求幀在物理網絡中是以廣播方式發(fā)送的，ARP應答幀是以單播方式發(fā)送的。<2>目的主機必須與源主機位于同一物理網絡。4.1.2ARP緩存問題：如果每次在發(fā)送IP數據報前都重復上面的過程，勢必會帶來較大的開銷。解決：每臺主機都維護一個名為ARP高速緩存的本地列表。使用：當發(fā)送IP數據報需要獲取目的主機的物理地址時，首先檢查它的ARP高速緩存創(chuàng)建：由于ARP高速緩存位于內存中，因此每次計算機或路由器重新啟動時，都必須動態(tài)地創(chuàng)建地址映射表。ARP命令

ARP高速緩存中地址映射表項的超時

給ARP高速緩存中的每一個表項設置一個超時值。

不同的TCP/IP實現使用不同的超時值，短的僅有幾十秒鐘，而長的則長達幾個小時。4.1.3地址解析實例參與通信的源主機與目的主機可能位于同一個子網，也可能位于不同的子網。1.源主機與目的主機位于同一子網假設一臺IP地址為196.168.27.20的主機，希望向位于同一子網中IP地址為196.168.27.22的主機發(fā)送IP數據報。

進行IP地址解析的過程如圖所示，其具體步驟如下:2.源主機與目的主機位于不同的子網源主機與目的主機之間有一臺或多臺路由器，ARP必須為IP數據報通過的每個路由器解析IP地址。

假設一臺IP地址為172.16.1.9，子網掩碼為255.255.255.0的客戶機希望向IP地址為172.16.2.5的主機發(fā)送IP數據報。當主機A要向主機B傳輸數據報時，TCP/IP軟件會利用子網掩碼確定主機B位于遠程子網上。這里需要注意的是：在從源到目的地的傳輸過程中，數據包的IP地址是不發(fā)生變化的，而物理地址在每一跳都會發(fā)生變化。4.1.4ARP簡化軟件包示例ARP軟件包主要由五個構件組成：高速緩存表、隊列、輸出模塊、輸入模塊、高速緩存控制模塊。4.2反向地址解析協(xié)議(RARP)RARP可以實現從物理地址到IP地址的轉換。被無盤計算機用來獲取其IP地址。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，另外還具有一個位于ROM中的基本輸入/輸出系統(tǒng)。RARP服務器處理請求并根據請求者的物理地址查物理地址-IP地址映射表，然后形成應答。

ARP和RARP的不同之處：ARP地址解析的目的是求取另一個設備的物理地址，而RARP則主要是由本機的物理地址求取本機的IP地址。RARP需要有RARP服務器幫助完成解析，而ARP不需要專門的服務器。4.3地址解析報文4.3.1地址解析報文格式 TCP/IP協(xié)議將ARP和RARP的請求和應答報文設計成相同的格式，通過操作字段來加以區(qū)別。 4.3.2地址解析報文處理在ARP請求報文中發(fā)送方硬件地址字段：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)議地址目的硬件地址字段：全0目的協(xié)議地址字段：填入準備解析的目標機的IP地址操作類型字段：填入“1”表示是ARP請求ARP請求以廣播方式在物理網絡中發(fā)送。在ARP應答報文中目標機將收到的ARP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)議地址目標機將自己的硬件地址和協(xié)議地址（IP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“2”表示是ARP應答ARP應答以單播方式在物理網絡中發(fā)送。在RARP請求報文中發(fā)送方硬件地址字段：填入本機的物理地址發(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協(xié)議地址字段：全0操作類型字段：填入“3”表示是RARP請求RARP請求以廣播方式在物理網絡中發(fā)送。在RARP應答報文中發(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答的RARP服務器的物理地址和IP地址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IP地址和物理地址操作類型字段：填入“4”表示是RARP應答ARP應答以單播方式在物理網絡中發(fā)送。4.3.3地址解析報文封裝ARP/RARP報文封裝在以太網物理幀中的格式如圖所示。習題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址；（）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。A、ARPB、RARPC、IPD、以上都不是2、在以太網中，封裝RARP請求數據報的物理幀首部的目的地址字段應填入什么？3、當源主機和目的主機位于同一網絡中時，ARP協(xié)議解析的結果將提供什么設備的物理地址？4、當目的主機位于遠程網段時，ARP協(xié)議解析的結果將提供什么設備的物理地址？5、當使用ARP的協(xié)議是IP而運行ARP的物理網絡是以太網時，ARP分組的長度是多少？攜帶此ARP分組的以太網幀的長度是多少？（以字節(jié)為單位）6、物理網絡為以太網，其上運行TCP/IP協(xié)議，主機A的IP地址為194.120.29.12，物理地址為0x0C00145B2810，主機B的IP地址為194.120.29.28，物理地址為0x0C0014276A16，請給出主機A對主機B進行地址解析的請求報文和應答報文的內容。7、路由器R1與R2位于同一個以太網LAN中，R1與LAN相連的網卡的IP地址是195.5.2.12，物理地址是AA25AB1F67CD，R2與