《网络基础》-第8章

8.1地址解析协议8.1.1地址解析协议功能地址解析协议（ARP）用来将IP地址转换成物理网络地址。考虑两台计算机A和B共享一个物理网络的情况。每台计算机分别有一个IP地址IA和IB，同时有一个物理地址PA和PB。设计IP地址的目的是隐蔽低层的物理网络，允许高层程序只用IP地址工作。但是不管使用什么样的硬件网络技术，最终通信总是由物理网络实现的。IP模块建立了IP分组，并且准备送给以太网驱动程序之前，必须确定目的地主机的以太网地址。下一页返回8.1地址解析协议8.1.2地址解析协议实现从IP地址到物理网络地址的变换通过查表实现，ARP表放在内存储器中，其中的登录项是在第一次需要使用而进行查询时通过ARP协议自动填写的。图8-1列出的是一个简化了的ARP表的示例。图8-2给出的是一个ARP请求分组的示例。图8-3表示了在以太网上使用的ARP分组格式，在其他物理网络上，地址段长度可能不同。上一页下一页返回8.1地址解析协议下面对分组的各个段分别加以说明。

硬件类型：指明硬件接口类型，对于以太网，此值为1。合法的值如表8-1所示。

协议类型：指明发送者在ARP分组中所给出的高层协议的类型，对IP地址而言，此值是0800（十六进制）。

硬件地址长度：硬件地址的字节数，对于以太网，此值是6。上一页下一页返回8.1地址解析协议

协议地址长度：高层协议地址的长度，对于IP，此值等于4。ARP请求和ARP应答报文的格式如图8-4所示，当一个ARP请求发出时，除了接收端硬件地址之外，所有域都被使用。

不必预先知道连接到网络上的主机或网关的物理地址就能发送数据。

当物理地址和IP地址的关系随时间的推移发生变化（如一台机器更换了有故障的以太网控制器，因而以太网地址改变了）时，能及时给予修正。上一页下一页返回8.1地址解析协议8.1.3反向地址解析协议ARP协议有一个缺陷：假如一个设备不知道它自己的IP地址，就没有办法产生ARP请求和ARP应答。一个简单的解决办法是使用反向地址解析协议（RARP）得到自己的IP地址，RARP以与ARP相反的方式工作。RARP实现MAC地址到IP地址的转换。RARP允许网上站点广播一个RARP请求分组，将自己的硬件地址同时填写在分组的发送方硬件地址段和目标硬件地址段中。上一页下一页返回8.1地址解析协议网上的所有机器都收到这一请求，但只有那些被授权提供RARP服务的计算机才处理这个请求，并且发送一个回答，称这样的机器为RARP服务器，服务器对请求的回答是填写目标IP地址段，将分组类型由请求改为响应，并且将响应分组直接发送给做请求的机器。请求方机器从所有的RARP服务器接收回答，尽管只需要第一个回答就够了。这一切都只在系统开始启动时发生。RARP此后不再运行，除非该无盘设备重设置或关掉后重新启动。上一页下一页返回8.1地址解析协议以太网帧的类型段中用十六进制8035表示该以太网帧运载RARP分组。应当指出的是，为了运行无盘工作站，在每个以太网上必须至少有一个RARP服务器，广播帧是不能通过IP路由器转发的。RARP所提供的服务是接收48位的以太网物理地址，将它映射成IP地址。RARP报文和ARP报文的格式几乎完全一样。唯一的差别在于RARP请求包中是由发送者填充好的源端MAC地址，而源端IP地址域为空（需要查询）。在同一个子网上的RARP服务器接收到请求后，填入相应的IP地址，然后发送回给源工作站。上一页下一页返回8.1地址解析协议8.1.4ARP运行方式1．ARP请求A计算机送出ARP请求信息包给局域网上所有的计算机，如图8-5所示。ARP请求信息包在链路层，是广播信息包（即以太网广播信息包），因此局域网上的每一台计算机都将收到这个信息包。上一页下一页返回8.1地址解析协议2．ARP应答局域网内的所有计算机都会收到ARP请求的信息，并与本身的IP地址对比，决定自己是否为要求解析的对象。以上例而言，B计算机为ARP要求的解析对象，因此只有B计算机能够送出响应ARP应答信息包，如图8-6所示。上一页下一页返回8.1地址解析协议3．ARP解析范围以太网的广播信息包只能在局域网内传送，路由器等设备可以阻挡住以太网广播信息包，使之无法传输到其他网络。由于ARP在解析过程中，ARP请求信息包为以太网广播信息包，即ARP请求无法通过路由器传送到其他网络。因此ARP仅能解析同一网络内的MAC地址，无法解析其他网络的MAC地址。上一页下一页返回8.1地址解析协议8.1.5ARP与IP路由由于ARP只能解析同一网络内的MAC地址，所以，在整个IP路由过程中，可能出现多次的ARP地址解析。例如，A计算机要传送IP信息包给B计算机时，如果途中必须经过两部路由器，则总共需进行3次ARP名称解析的操作，如图8-7所示。上一页下一页返回8.1地址解析协议8.1.6ARP高速缓存1．动态记录当ARP完成每条IP/MAC地址的解析后，便会将结果存储在ARP高速缓存中，供后续使用，以避免重复向同一对象请求地址解析。这些由ARP自动产生的记录为动态记录。以先前A、B计算机为例，当A计算机通过ARP要求和ARP应答取得B计算机的MAC地址后，便将B计算机的IP地址与对应的MAC地址存储在A计算机的ARP高速缓存中。上一页下一页返回8.1地址解析协议2．静态记录当用户已知某设备的IP/MAC地址的对应关系后，可通过手动的方式将它加入ARP高速缓存中，即为静态记录。由于ARP高速缓存存储在计算机的内存中，因此无论是动态或静态记录，只要重新开机，全部都会消失。上一页返回8.2ARP工具程序8.2.1ARP.EXEWindows98提供了ARP.EXE这个工具程序，方便用户查看与编辑ARP高速缓存的内容。ARP.EXE主要提供3项功能，说明如下。1．查看目前记录可以利用ARP.EXE查看ARP高速缓存中目前的记录。语法如下：下一页返回8.2ARP工具程序例如：C:\>arp-aInterface:11onInterface0x2InternetAddress

PhysicalAddressType00-10-7b-c1-ec-98dynamic00-10-b5-3a-91-75dynamic00-10-b5-3a-91-b8dynamic100-10-b5-3a-91-dcdynamic

C:\>上一页下一页返回8.2ARP工具程序2．删除记录删除ARP高速缓存中指定的记录。语法格式如下：

arp-d[IP地址]例如：

C:\>arp-aInterface:11onInterface0x2InternetAddressPhysicalAddressType00-10-7b-c1-ec-98dynamic 00-10-b5-3a-91-75dynamic00-10-b5-3a-91-b8dynamic 原先有4条记录100-10-b5-3a-91-dcdynamic 上一页下一页返回8.2ARP工具程序C:\>arp-d1 删除1这条记录C:\>arp-aInterface:11onInterface0x2InternetAddressPhysicalAddressType00-10-7b-c1-ec-98dynamic00-10-b5-3a-91-75dynamic00-10-b5-3a-91-b8dynamic

少了1这条记录C:\>上一页下一页返回8.2ARP工具程序3．添加记录在ARP高速缓存中添加一条静态记录。语法格式如下：

arp-s[IP地址][MAC地址]例如：

C:\>arp-s200-00-e8-97-73-86 新增记录

C:\>arp-aInterface:11onInterface0x2InternetAddressPhysicalAddressType00-10-7b-c1-ec-98dynamic00-10-b5-3a-91-75dynamic00-10-b5-3a-91-b8dynamic100-10-b5-3a-91-dcdynamic200-00-e8-97-73-86static C:\>上一页下一页返回8.2ARP工具程序8.2.2ARPWATCH1．通过电子邮件执行ARPWATCH后，如果检测到新的ARP记录，即通过电子邮件来报告。以下为电子邮件的内容：

Date:Sat，8Apr200016:24:00+0800From:Arpwatch<arpwatch@localhost.localdomain>To:root@localhost.localdomainSubject:newstation上一页下一页返回8.2ARP工具程序 hostname: <unknown> 主机名称 ipaddress: 6 IP地址ethernetaddress: 0:0:e8:97:73:95 网卡的硬件地址 ethernetvendor: AcctonTechnologyCorporation 网卡的制造商 timestamp:Saturday，April8，200016:23:25+0800 发生的时间上一页下一页返回8.2ARP工具程序2．直接显示在屏幕如果要直接在屏幕上显示结果，执行：

arpwatch-d如果检测到新的ARP记录，则屏幕上会显示如下的内容：

$arpwatch-dKernelfilter，protocolALL，rawpacketsocketFrom:arpwatch(Arpwatch)上一页下一页返回8.2ARP工具程序To:rootSubject:newstationhostname: <unknown> ipaddress: 2 ethernetaddress: 0:0:e8:97:70:ea ethernetvendor: AcctonTechnologyCorporation timestamp: Saturday，April8，200016:28:59+0800上一页返回8.3ICMP协议8.3.1ICMP的功能ICMP也是在网络层中与IP一起使用的协议。ICMP通常由某个监测到IP分组中错误的站点产生。从技术上说，ICMP是一种差错报告机制，这种机制为网关或目标主机提供一种方法，使它们在遇到差错时能把差错报告给原始报源。下一页返回8.3ICMP协议ICMP的使用主要包括下面三种情况。①IP分组不能到达目的地。②在接收设备接收IP分组时，缓冲区大小不够。③网关或目标主机通知发送方主机，如果这种路径确实存在，应该选用较短的路径。上一页下一页返回8.3ICMP协议8.3.2ICMP报文的封装ICMP报文需要如图8-8所示的两级封装。每个ICMP报文都在IP分组的数据字段中通过互联网传输，而IP分组本身又在帧的数据段中穿过每个物理网。为标识ICMP，在IP分组协议字段中包含的值是1。重要的是，尽管ICMP报文使用IP协议封装在IP分组中传送，但ICMP不被看成是高层协议的内容，它只是IP中的一部分。之所以使用IP递交ICMP报文，是因为这些报文可能要跨过几个物理网络才能够到达最终目的地址。因此，ICMP报文不能依靠单个物理网络来递交。上一页下一页返回8.3ICMP协议8.3.3ICMP报文的种类ICMP报文有两种：一种是错误报文；另一种是查询报文。每个ICMP报文的开头都包含三个段：1字节的类型字段、1字节的编码字段和二字节的校验和字段。表8-2给出了ICMP8位类型字段定义的13种报文的名称，每一种都有自己的ICMP头部格式。上一页下一页返回8.3ICMP协议1．响应请求与响应应答响应请求与响应应答是最常见的ICMP信息包类型，主要可用来排解网络问题，包括IP路由的设置、网络连接等。响应请求与响应应答必须以配对的方式来运行，如图8-9所示。①A主动发出响应请求信息包给B。②B收到响应请求后，被动发出响应应答信息包给A。图8-10所示是回送请求和回送应答报文的格式。上一页下一页返回8.3ICMP协议2．无法送达目的无法送达目的也是常见的ICMP信息包类型。在路由过程中如果出现下列问题，路由器或目的设备便会发出此类型的ICMP信息包，通知IP信息包的来源端。①路由器无法将IP信息包传送出去。②目的设备无法处理收到的IP信息包。上一页下一页返回8.3ICMP协议3．降低来源端传送速度当路由器因为来往的IP信息包太多，以至于来不及处理时，便会发出降低来源端传送速度的ICMP信息包给IP信息包的来源端设备。在正式文件中并未规定路由器发出降低来源端传送速度的条件。在实际操作时，厂商通常是以路由器的CPU或缓冲区的负荷作为衡量标准，例如路由器的缓冲区使用量到达85%时，便发出降低来源端传送信息包速度。上一页下一页返回8.3ICMP协议4．重定向当路由器发现主机所选的路径并非最佳路径时，送出ICMP重定向信息包，通知主机较佳的路径，以图8-11为例。当A要传送IP信息包给B时，假设最佳路径是通过R1路由器传送至B。可是由于某种因素（不当的设置或网络连接的变动），A将IP信息包送至R2路由器，而R2路由器从本身的路由表发现，A至B的最佳路径应通过R1路由器，则R2会发出重定向的ICMP信息包给A。R2只负责告知A计算机可能的问题，至于A计算机后续要如何应变，则非ICMP的管辖范围。上一页下一页返回8.3ICMP协议5．传送超时IP报头记录了信息包的存活时间，其主要功能是为了防止IP信息包在不当的路由结构中永无止境地传送。当路由器收到存活时间为1的IP信息包时，会将此IP信息包丢弃，然后送出传送超时的ICMP信息包给IP信息包的来源设备。此外，当IP信息包在传送过程中发生分割时，必须在目的设备重组分割后的IP信息包。重组的过程中如果在指定的时间内未收到全部分割后的IP信息包，目的设备也会发出传送超时的ICMP信息包给IP信息包的来源设备。上一页返回8.4ICMP工具程序8.4.1PING1．利用PING诊断网络问题当发现网络连接异常时，可参考下列步骤，利用PING工具程序，由近而远逐步锁定问题。（1）PING是Loopback地址。此操作主要是用来测试TCP/IP协议是否正常运行。（2）PING本机IP地址如果步骤（1）中本机TCP/IP设置正确，接下来可试试看网络设备是否正常。如果网络设备有问题（例如，旧式网卡的IRQ设置有误），则不会响应。下一页返回8.4ICMP工具程序（3）PING对外连接的路由器也就是PING默认网关的IP地址。如果成功，代表内部网络与对外连接的路由器正常。（4）PING互联网上计算机的IP地址可以随便找一台互联网上的计算机，PING它的IP地址。如果有响应，代表IP设置全部正常。（5）PING互联网上计算机的网址对于互联网上的一台计算机，PING它的网址，例如，（Sina的WWW服务器）。如果有响应，代表DNS设置无误。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序2．PING的语法与参数PING的语法格式如下：

PING[参数][网址或IP地址]PING的参数相当多，以下仅说明较常用的参数，如表8-3所示。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序3．PING举例如果要让PING执行DNS反向查询：

C:\>ping-a

反向查询所得的名称Pinging[]with32bytesofdata:Replyfrom:bytes=32time=1292msTTL=55上一页下一页返回8.4ICMP工具程序Requesttimedout. Requesttimedout. 超过默认的等待时间未获响应，便会出现此种信息Requesttimedout. Pingstatisticsfor:Packets:Sent=4，Received=1，Lost=3(75%loss)，Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:Minimum=1292ms，Maximum=1292ms，Average=323ms上一页下一页返回8.4ICMP工具程序利用-w参数，可以延长等待响应应答的时间。此外，也可以结合多个参数一起使用，设置只发出2个响应请求信息包。将等待时间延长为5秒的设置如下：

C:\>ping-n2-w5000Pingingwith32bytesofdata:Replyfrom:bytes=32time=1192msTTL=55Replyfrom:bytes=32time=1442msTTL=55Pingstatisticsfor:Packets:Sent=2，Received=2，Lost=0(0%loss)，Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:Minimum=1192ms，Maximum=1442ms，Average=1317ms上一页下一页返回8.4ICMP工具程序8.4.2TRACERTTRACERT工具程序可找出至目的IP地址所经过的路由器。1．TRACERT原理首先假设如图8-12所示的网络环境。如果从A主机执行TRACERT，并将目的地设为B主机，则TRACERT会利用以下步骤，找出沿途所经过的路由器。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序①发出响应请求信息包，该信息包的目的地设为B，存活时间设为1。②R1路由器收到“响应请求1”后，因为存活时间为1，因此会丢弃此信息包，然后发出“传送超时1”给A。③A收到“传送超时1”之后，便可得知到R1为路由过程中的第一部路由器。接着，A再发出“响应请求2”，目的地设为B的IP地址，存活时间设为2。④“响应请求2”会先送到R1，然后再转送至R2。到达R2时，“响应请求2”的存活时间为1，因此，R2会丢弃此信息包，然后传送“传送超时2”给A。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序⑤A收到“传送超时2”之后，便可得知到R2为路由过程中的第二部路由器。接着，A再发出“响应请求3”，目的地设为B的IP地址，存活时间设为3。⑥“响应请求3”会通过R1、R2然后转送至B。B收到此信息包后便会响应“响应应答1”给A。⑦A收到“响应应答1”之后便大功告成。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序2．TRACERT过程中的注意事项①路由器至少会有两个网络接口。②Windows98的TRACERT每次会发出3个响应请求，换言之，会有3个“响应请求1”，以及3个响应的“传送超时1”等。3．TRACERT的语法与参数TRACERT的语法如下：TRACERT[参数][网址或IP地址]TRACERT常用的参数如表8-4所示。上一页下一页返回8.4ICMP工具程序4．TRACERT范例以下我们不使用任何参数，利用TRACERT找出至目的主机沿途所经的路由器。

C:\>tracertTracingrouteto[]overamaximumof30hops:

1<10ms<10ms<10ms 2<10ms<10ms<10ms .tw[37]350ms60ms60ms 0上一页下一页返回8.4ICMP工具程序460ms60ms60ms .tw[48]5290ms60ms60ms ISNet-PC-TWIX-T3..tw[25]670ms50ms70ms 750ms70ms51ms 26851ms50ms50ms 1960ms50ms50ms []Tracecomplete.上一页下一页返回8.4ICMP工具程序TRACERT的结果显示了以下信息：①由近到远显示沿途所经的每部路由器。②显示每部路由器响应的时间。③显示每部路由器在“本地”的IP地址，以及DNS反向查询所得的名称。上一页返回8.5Internet组管理协议（IGMP）TCP/IP传送形式有3种：单目传送、广播传送和多目传送（组播）。单目传送是一对一的，广播传送是一对多的。组内广播也是一对多的，但组员往往不是全部成员（如是一个子网的全部主机），因此可以说组内广播是一种介于单目与广播传送之间的传送方式，称为多目传送，也称为组播。下一页返回8.5Internet组管理协议（IGMP）Internet支持两类组地址：永久组地址和临时组地址。永久组地址总是存在而且不必创建，每个永久组有一个永久组地址。永久组地址的一些例子如表8-5所示。多目路由器和参与组播的主机之间交换信息的协议称为Internet组管理协议，简称为IGMP协议。图8-13显示了IGMP报文如何封装在IP数据报中。上一页下一页返回8.5Internet组管理协议（IGMP）8.5.1IGMP报文图8-14显示了长度为8字节的IGMP报文格式。

版本：4位，版本号，RFC1112