南京理工大学《ip网络技术》ip网络技术第5章 internet控制协议

第5章 Internet控制协议,主要内容,2,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）,3,ARP工作原理 ARP的改进 ARP分组格式 代理ARP,两类地址,4,逻辑地址IP地址 物理地址硬件地址、MAC地址或数据链路层地址。物理地址通常是用硬件来实现的，与物理设备本身相关联。,逻辑地址是用软件实现，与物理设备本身无关。,5,逻辑地址和物理地址是两类不同的地址标识。对一个互联网中的主机和路由器来说，需要同时具备这两类地址。,6,小型物理地址,大型物理地址,静态映射：手工创建IP地址与物理地址的映射关系，建立映射表。,局限：（1）主机更换网卡，就改变了该主机物理地址。（2）在物理地址不变，而主机IP地址改变的情况下，静态映射表频繁改变，增加维护的开销。,动态映射,7,地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)IP地址 物理地址逆地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)IP地址 物理地址,ARP是个隐藏底层物理网络地址、允许给每台主机或路由器分配一个任意IP地址的低层协议。ARP可看作物理网络的一部分，而不是IP的一部分。IPv6中没有ARP。,5.1.1 ARP工作原理,8,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。,9,广播发送ARP请求,10,单播发送ARP应答,使用ARP的四种情况,11,源站-目的站间的ARP源站-路由器间的ARP路由器-路由器间的ARP路由器-目的站主机间的ARP,IP分组的转发过程中，在每一个物理网络上，ARP把要转发分组的下一跳路由器的IP地址映射为物理地址，再组成数据链路层的帧，把IP分组发送给下一跳路由器。,5.1.2 ARP的改进,12,使用ARP高速缓存。当主机(或路由器)A通过ARP请求得到B的物理地址时，就将此“IP地址物理地址”绑定存储在高速缓存中。这样，对于后续发往B的分组，通过查找高速缓存获得物理地址。,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,13,图5-4 使用高速缓存后ARP请求实现流程,如何提高ARP的效率，改进ARP,14,如果主机（或路由器）A要向B发送IP分组，那么B也很可能即将向A发送IP分组。 主机或路由器在每次启动时广播发送一个ARP请求，把新的物理地址通知给其他主机或路由器。,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,图55 改进后的ARP应答实现流程,15,高速缓存中超时的优势,16,1）一台主机或路由器能够确定自己ARP缓存中的信息何时应该重新生效，与其他主机无关。2）发送站不需要通过成功地与接收站或第三方通信来确定绑定已无效，如果目的站不响应ARP请求，发送站就认为目的站已下线。,在ARP高速缓存的管理中，使用了超时计时器，每一条地址绑定对应一个计时器。当计时器超时后就删除该地址绑定信息，典型是20min。如果下次还有IP分组需要发送到已删除地址绑定的目的站，则只要执行同样的ARP过程，再次获得地址绑定。,5.1.3 ARP分组格式,17,18,表51 硬件类型,返回,5.1.4 代理ARP,19,图5-10给出了两个物理网络通过代理ARP连接的例子。,20,ARP具有一个重要特性，就是信任所有ARP应答。主机或路由器收到ARP应答，得到“IP地址物理地址”绑定时，并不检查其有效性和一致性，这样就可能会出现多个IP地址到同一物理地址的绑定，但这并不违反协议规范。,21,代理ARP的主要优点：在不改变原有网络结构和路由表的情况下，可以增加一个新的子网络到网络中，而且代理ARP完全隐藏了新增子网络的细节。,代理ARP，也称作网关，创建一个ARP高速缓存，其中包含这两个物理网络中主机或路由器的有关信息。代理ARP必须管理穿越于两个网络的ARP请求和应答。 通过把对应于两个网络的ARP高速缓存组成一个，代理ARP扩充了地址解析过程的灵活性，防止产生过多的ARP请求和ARP应答分组穿越网关。,5.2 逆地址解析协议(RARP),22,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。要使无盘工作站也能使用TCP/IP进行通信，必须首先获得IP地址。RARP适用于这样情况。,23,RARP通过主机具有的惟一的物理地址得到IP地址。其工作原理类似于ARP。在物理网络上有一个RARP服务器用于IP地址分发，需要获得IP地址的主机称为客户。RARP实现的是客户/服务器工作模式。,RARP请求分组广播发送,24,RARP应答分组单播发送,25,RARP分组格式,26,跳转,5.3 Internet控制报文协议(ICMP),27,ICMP报文类型 ICMP报文格式 ping程序,5.3.1 ICMP报文类型,28, 差错报告报文：报告路由器或主机在处理IP分组时可能遇到的一些问题。 查询报文：帮助主机或网络管理员查询得到在路由器或另一个主机中的特定信息。,ICMP只是报告差错，并不能纠正差错，差错纠正由高层协议处理。另外ICMP总是向源站报告差错报文。因为在IP分组中关于路由惟一可用的信息就是源IP地址和目的IP地址。ICMP使用源IP地址将差错报文发送给分组的源站。,29,ICMP报文,5.3.2 ICMP报文格式,30,差错报告报文携带引起差错的原始分组，查询报文携带了基于查询类型的额外信息。,31,对于传输ICMP差错报告报文的IP分组是否还会产生ICMP差错报告报文呢？ 携带ICMP差错报告报文的IP分组不再产生ICMP差错报告报文 携带分片的IP分组，如果不是第一个分片，不产生ICMP差错报告报文。,ICMP封装在IP数据包内部,32,具有多播地址的IP分组不产生ICMP差错报告报文。 具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的IP分组不产生ICMP差错报告报文。,1. 目的站不可达,33,当路由器无法转发或交付IP分组时，就丢弃这个分组，然后向发出这个分组的源站发回目的站不可达报文。注意：如果路由器没有发送目的站不可达报文，并不意味着IP分组已经成功交付了。,2. 源站抑制,34,源站抑制报文为IP增加了流量控制能力。当路由器或目的站因拥塞而丢弃分组时，它就向分组的源站发送源站抑制报文：1)通知源站分组已被丢弃；2)警告源站，在某处出现了拥塞。,由于IP中没有流量控制机制，这样就容易在路由器或目的站中产生拥塞，因为发送IP分组的源站并不知道它产生的分组是否因太快了而导致中间路由器不能转发或目的站来不及处理等问题。,3. 超时,35,互联网中的路由器使用路由表计算转发分组的下一跳地址，所以路由表的差错可能导致某一个分组在网络中出现循环路由，使得IP分组在网络中无休止的传输。,为避免循环路由，每一个IP分组首部中都有一个生存时间字段，每当分组通过路由器时，这个字段的值就减1。若收到分组的路由器发现这个字段的值为0，就丢弃，同时向源站发送超时报文。,4. 改变路由,36,通过路由选择协议实现路由器中路由表的动态更新。为了提高效率，主机都不参与路由选择的更新过程。主机通常使用静态路由选择。通过接收改变路由报文，主机中的路由表逐渐增大和更新。,5. 回送请求和回答,37,网络管理员和用户可以使用回送请求和回送应答报文来发现网络中的问题，这两个报文是为诊断目的而设计的。可用来测试目的站是否可达。,因为ICMP报文被封装在网络层的IP分组中，发送回送请求报文的源站在收到回送应答报文时，就证明了在源站和目的站之间能够使用IP分组进行通信。两台主机之间使用回送请求和回送应答报文来检查在IP层是否可达。,6. 时间戳请求和应答,38,ICMP的时间戳请求和应答报文是实现两个站点之间同步时钟的一种简单技术。源站向目的站发送一个时间戳请求报文，要求返回目的站当日的当前时间值，目的站返回一个时间戳应答报文。,5.3.3 ping程序,39,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。,服务器：被ping的主机,客户,40,IP首部中的记录路由选项的一般格式,IP选项类型,总字节长度,指针字段,39字节,41,IP首部中时间戳选项的一般格式,0x44,溢出,标志,Ping命令格式,42,ping -t -a -n count -l size -f -i TTL -v TOS -r count -s count -j host-list | -k host-list -w timeout target_na