第5章 Internet控制协议

,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,*,第,5,章,Internet,控制协议,主要内容,地址解析协议（,ARP,）,逆地址解析协议,(RARP),Internet,控制报文协议,(ICMP),5.1,地址解析协议（,ARP,）,ARP,工作原理,ARP,的改进,ARP,分组格式,代理,ARP,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,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,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,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,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,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,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,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,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,地址解析协议,ARP,和逆地址解析协议,RARP,IP,地址,物理地址,ARP,物理地址,IP,地址,RARP,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-18,5.1.1 ARP,工作原理,例：,在同一个物理网络,(,以太网,),上的主机,A,和,B,。,主机,A,需要查询,IP,地址为,168.69.11.20,的主机,B,的物理地址。因为主机,A,不知道主机,B,的物理地址，查询就在网络上广播，查询的内容组成,ARP,请求分组。,主机,B,单播发送,ARP,应答分组。,使用,ARP,的四种情况,使用,ARP,的四种典型情况,发送方是主机，要把,IP,数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用,ARP,找到目的主机的硬件地址。,发送方是主机，要把,IP,数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用,ARP,找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,发送方是路由器，要把,IP,数据报转发到本网络上的一个主机。这时用,ARP,找到目的主机的硬件地址。,发送方是路由器，要把,IP,数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用,ARP,找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,5.1.2 ARP,的改进,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。,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。,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。,应当注意的问题（续）,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。,为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？,各种网络使用不同的硬件地址。要使这些异构网络通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，会很困难。,连接到因特网的主机都拥有统一格式的,IP,地址，通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，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，对用户来说是透明的。,ARP,请求实现流程,有,无,无,有,目的站,IP,地址,查询,ARP,高速缓存,IP,地址,物理地址？,广播,ARP,请求，等待,ARP,应答,提取物理地址,“,IP,地址,物理地址“绑定,存入高速缓存,收到,ARP,应答？,找不到物理地址,ARP,应答实现流程,是,否,ARP,请求分组到达,本机是请求目标？,用本机物理地址进行应答,发送站“,IP,地址,物理地址“绑定,存入高速缓存,5.1.3 ARP,分组格式,硬件类型,协议类型,硬件长度,协议长度,操作 （请求,1,，回答,2,）,发送站硬件地址,发送站协议地址,目的站硬件地址,目的站协议地址,5.1.4,代理,ARP,两个物理网络通过代理,ARP,连接的例子,5.2,逆地址解析协议,(RARP),RARP,实现从物理地址到逻辑地址,(IP,地址,),的映射，即已知主机的物理地址，需要找到其相应的,IP,地址。,这种主机往往是无盘工作站。无盘工作站常用于金融、医疗等单位，在网卡上安装一个起动块并进行相应的设置即可。,RARP,请求分组广播发送,RARP,应答分组单播发送,RARP,分组格式,发送站硬件地址,发送站协议地址,目的站硬件地址,目的站协议地址,硬件类型,协议类型,硬件长度,协议长度,操作 （请求,3,，回答,4,）,5.3 Internet,控制报文协议,(ICMP),ICMP,报文类型,ICMP,报文格式,ping,程序,网际控制报文协议,ICMP,为了提高,IP,数据报交付成功的机会，在网际层使用了,网际控制报文协议,ICMP,(Internet Control Message Protocol),。,ICMP,允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。,ICMP,不是高层协议，而是,IP,层的协议,。,ICMP,报文作为,IP,层数据报的数据，加上数据报的首部，组成,IP,数据报发送出去。,ICMP,报文的格式,首 部,ICMP,报文,0,数 据 部 分,检验和,类型,代码,（这,4,个字节取决于,ICMP,报文的类型）,8,16,31,IP,数据报,前,4,个字节,都是一样的,ICMP,的数据部分（长度取决于类型）,ICMP,报文的种类,ICMP,报文的种类有两种，即,ICMP,差错报告报文,和,ICMP,查询报文,。,ICMP,报文的前,4,个字节是统一的格式，共有三个字段：即,类型,、,代码,和,检验和,。接着的,4,个字节的内容与,ICMP,的类型有关。,5.3.1 ICMP,报文类型,差错报告报文,终点不可达,源点抑制,(Source quench),时间超过,参数问题,改变路由（重定向）,(Redirect),查询报文,回送请求和应答,时间戳请求和,应答,ICMP,差错报告报文的数据字段的内容,首部,IP,数据报,ICMP,的,前,8,字节,装入,ICMP,报文的,IP,数据报,IP,数据报,首部,ICMP,差错报告报文,8,字节,收到的,IP,数据报,IP,数据报,首部,8,字节,ICMP,差错报告报文,IP,数据报的数据字段,5.3.2 ICMP,报文格式,类型,代码,校验和,首部的其余部分,数据,5.3.3 ping,程序,Ping(Packet,InterNet,Groper,，,简称,ping),程序用来测试两个站点之间在,IP,层的,连通性,，它使用了,ICMP,回送请求报文和回送应答报文。,ping,用来测试两个主机之间的连通性。,ping,使用了,ICMP,回送请求与回送应答报文。,ping,是,应用层,直接,使用网络层,ICMP,的例子，它没有通过运输层的,TCP,或,UDP,。,PING,的应用举例,Traceroute,的应用举例,使用超时和目的站不可达这两种类型的,ICMP,差错报告报文,