第4章地址解析

111第4章地址解析•因特网在网络层使用IP地址的同时，在物理网络中仍使用物理地址。这两套地址之间必须建立映射关系。222•建立逻辑地址与物理地址之间映射的方法通常有两种：•静态映射采用地址映射表格来实现。由于地址映射表一般由人工方式建立和维护，所以不能适应频繁变化的网络和规模庞大的网络。•动态映射是在需要获得地址映射关系时利用网络通信协议直接从其他主机上获得映射信息。•因特网采用了动态映射的方法进行地址映射。333逻辑地址与物理地址之间的映射称为地址解析(Addressresolution)。TCP/IP用两个协议来实现这两种映射：–ARP用于从IP地址到物理地址的映射–RARP用于从物理地址到IP地址的映射444第4章地址解析4.1地址解析协议(ARP)4.2反向地址解析协议(RARP)4.3地址解析报文5554.1地址解析协议(ARP)4.1.1地址解析原理•地址解析协议ARP使IP能够获得与某个给定IP地址相关的主机物理地址。ARP的功能分为两部分：–发送数据包请求获得目的主机的物理地址–向请求物理地址的主机发送解析结果。666777这里需要注意两点：1ARP请求帧在物理网络中是以广播方式发送的，ARP应答帧是以单播方式发送的。2目的主机必须与源主机位于同一物理网络。8884.1.2ARP缓存•问题：如果每次在发送IP数据报前都重复上面的过程，势必会带来较大的开销。•解决：每台主机都维护一个名为ARP高速缓存的本地列表。999•使用：当发送IP数据报需要获取目的主机的物理地址时，首先检查它的ARP高速缓存•创建：由于ARP高速缓存位于内存中，因此每次计算机或路由器重新启动时，都必须动态地创建地址映射表。•ARP命令101010ARP高速缓存中地址映射表项的超时给ARP高速缓存中的每一个表项设置一个超时值。不同的TCP/IP实现使用不同的超时值，短的仅有几十秒钟，而长的则长达几个小时。1111114.1.3地址解析实例•参与通信的源主机与目的主机可能位于同一个子网，也可能位于不同的子网。1.源主机与目的主机位于同一子网假设一台IP地址为196.168.27.20的主机，希望向位于同一子网中IP地址为196.168.27.22的主机发送IP数据报。121212进行IP地址解析的过程如图所示，其具体步骤如下:1313131414142.源主机与目的主机位于不同的子网•源主机与目的主机之间有一台或多台路由器，ARP必须为IP数据报通过的每个路由器解析IP地址。151515假设一台IP地址为172.16.1.9，子网掩码为255.255.255.0的客户机希望向IP地址为172.16.2.5的主机发送IP数据报。161616当主机A要向主机B传输数据报时，TCP/IP软件会利用子网掩码确定主机B位于远程子网上。171717181818191919•这里需要注意的是：在从源到目的地的传输过程中，数据包的IP地址是不发生变化的，而物理地址在每一跳都会发生变化。2020204.1.4ARP简化软件包示例•ARP软件包主要由五个构件组成：高速缓存表、队列、输出模块、输入模块、高速缓存控制模块。2121212222224.2反向地址解析协议(RARP)•RARP可以实现从物理地址到IP地址的转换。被无盘计算机用来获取其IP地址。•在进行反向地址解析前，无盘计算机只知道自己的物理地址，另外还具有一个位于ROM中的基本输入/输出系统。232323RARP服务器处理请求并根据请求者的物理地址查物理地址-IP地址映射表，然后形成应答。242424ARP和RARP的不同之处：•ARP地址解析的目的是求取另一个设备的物理地址，而RARP则主要是由本机的物理地址求取本机的IP地址。•RARP需要有RARP服务器帮助完成解析，而ARP不需要专门的服务器。2525254.3地址解析报文4.3.1地址解析报文格式•TCP/IP协议将ARP和RARP的请求和应答报文设计成相同的格式，通过操作字段来加以区别。2626264.3.2地址解析报文处理•在ARP请求报文中发送方硬件地址字段：填入本机的物理地址发送方协议地址字段：填入本机的协议地址目的硬件地址字段：全0目的协议地址字段：填入准备解析的目标机的IP地址操作类型字段：填入“1”表示是ARP请求•ARP请求以广播方式在物理网络中发送。272727•在ARP应答报文中目标机将收到的ARP请求报文中的发送方硬件地址和发送方协议地址放入目的硬件地址和目的协议地址目标机将自己的硬件地址和协议地址（IP地址）填入发送方硬件地址和发送方协议地址操作类型字段：填入“2”表示是ARP应答•ARP应答以单播方式在物理网络中发送。282828•在RARP请求报文中发送方硬件地址字段：填入本机的物理地址发送方协议地址字段：全0目的硬件地址字段：填入本机的物理地址目的协议地址字段：全0操作类型字段：填入“3”表示是RARP请求•RARP请求以广播方式在物理网络中发送。292929•在RARP应答报文中发送方硬件地址和发送方协议地址字段填的是给出应答的RARP服务器的物理地址和IP地址目的硬件地址和目的协议地址字段填的是被解析对象的IP地址和物理地址操作类型字段：填入“4”表示是RARP应答•ARP应答以单播方式在物理网络中发送。3030304.3.3地址解析报文封装•ARP/RARP报文封装在以太网物理帧中的格式如图所示。313131习题1、（）是动态映射协议，它能从给定的物理地址找出逻辑地址；（）是动态映射协议，它能从给定的逻辑地址找出物理地址。A、ARPB、RARPC、IPD、以上都不是2、在以太网中，封装RARP请求数据报的物理帧首部的目的地址字段应填入什么？3、当源主机和目的主机位于同一网络中时，ARP协议解析的结果将提供什么设备的物理地址？4、当目的主机位于远程网段时，ARP协议解析的结果将提供什么设备的物理地址？5、当使用ARP的协议是IP而运行ARP的物理网络是以太网时，ARP分组的长度是多少？携带此ARP分组的以太网帧的长度是多少？（以字节为单位）3232326、物理网络为以太网，其上运行TCP/IP协议，主机A的IP地址为194.120.29.12，物理地址为0x0C00145B2810，主机B的IP地址为194.120.29.28，物理地址为0x0C0014276A16，请给出主机A对主机B进行地址解析的请求报文和应答报文的内容。7、路由器R1与R2位于同一个以太网LAN中，R1与LAN相连的网卡的IP地址是195.5.2.12，物理地址是AA25AB1F67CD，R2与LAN相连的网卡的IP地址是195.5.2.6，物理地址是AD345D4F67CD。R1收到了一个分组，分组中的目的IP地址是185.11.78.10。当R1检查路由表时，发现这个分组应交给R2。（1）试给出R1发出的ARP请求分组中的各项目。（2）试给出R2发出的ARP应答分组中的各项目。