IP 地址与硬件地址-ARP-RARP

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,IP 地址与硬件地址,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,链路层及以下,使用硬件地址,硬件地址,网络层及以上,使用 IP 地址,IP 地址,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,硬件地址,路由器 R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,通信的路径,H,1,经过 R,1,转发再经过 R,2,转发H,2,查找路由表,查找路由表,2,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,硬件地址,路由器 R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,3,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,硬件地址,路由器 R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从虚拟的,IP,层上看,IP,数据报的流动,4,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,硬件地址,路由器 R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在链路上看,MAC,帧的流动,5,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报,图中的 IP,1,IP,2,表示从源地址,IP,1,到目的地址 IP,2,两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中,6,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择,7,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,MAC 帧,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在具体的物理网络的链路层,只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报,8,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机 H,1,主机 H,2,路由器 R,1,IP 层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器 R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,MAC 帧,从 HA,1,到 HA,3,从 HA,4,到 HA,5,从 HA,6,到 HA,2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节,在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用,统一的、抽象的 IP 地址,研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,9,地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。,每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的,IP 地址到硬件地址的映射表,。,当主机 A 欲向,本局域网,上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。,10,ARP 响应,A,Y,X,B,Z,主机 B 向 A 发送,ARP 响应分组,主机 A 广播发送,ARP 请求分组,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址,我是 209.0.0.6,硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,11,ARP 高速缓存的作用,为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。,当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。,12,应当注意的问题,ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。,如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。,13,应当注意的问题,从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。,只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。,14,为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？,由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。,连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。,15,