【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 沒有任何其他上層或下層的協(xié)定有遶送的相關(guān)功能－這個(gè)複雜且重要的工作完全屬於網(wǎng)際網(wǎng)路層。網(wǎng)際網(wǎng)路層的第 2 項(xiàng)任務(wù)是提供單一的界面給其上層的協(xié)定。 網(wǎng)際網(wǎng)路層協(xié)定 ? 如果沒有這一層 , 則應(yīng)用程式設(shè)計(jì)者就得在他們的應(yīng)用程式中 , 為每個(gè)不同的網(wǎng)路存取協(xié)定撰寫掛鉤 (hook) 程式。這樣不只痛苦 , 而且每個(gè)應(yīng)用程式都會(huì)有很多版本－ Ether一個(gè)版、 Token Ring 另一個(gè)版等等。為了避免這種情況發(fā)生 , IP 要提供單一的網(wǎng)路界面給其上層協(xié)定 , IP 要與不同的網(wǎng)路存取協(xié)定一起合作完成這樣任務(wù)。 網(wǎng)際網(wǎng)路層協(xié)定 ? 條條網(wǎng)路通 IP！ (不是通羅馬 ) 這一層的所有其他協(xié)定 , 以及上層的所有協(xié)定都在使用它。不要忘了 , DoD 模型中的所有路線都一定得經(jīng)過(guò) IP。 ? 以下將描述網(wǎng)際網(wǎng)路層的協(xié)定 , 包括： ? 網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定 (Inter Protocol, IP) 網(wǎng)際網(wǎng)路層協(xié)定 ? 網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定 (Inter Control Message Protocol, ICMP) ? 位址解析協(xié)定 (Address Resolution Protocol, ARP) ? 反向位址解析協(xié)定 (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) ? 代理位址解析協(xié)定 (Proxy ARP) IP ? 網(wǎng)際網(wǎng)路層最主要的就是網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定 (Inter Protocol, IP), 這裡的其他協(xié)定都只是為了支援它而存在的。 IP 握有很大的圖像 , 可以說(shuō)是 “看見了全部” , 它能察覺整個(gè)互連網(wǎng)路。這是因?yàn)榫W(wǎng)路上的所有機(jī)器都會(huì)有一個(gè)稱為 IP 位址的軟體或邏輯位址。 IP ? IP 檢視各個(gè)封包的位址 , 然後利用路徑表 (routing table) 決定封包的下一站 , 選出最佳的路徑。 DoD 模型底層之網(wǎng)路存取層協(xié)定並不處理 IP 所面對(duì)之整個(gè)網(wǎng)路的範(fàn)圍 , 他們只處理實(shí)體鏈結(jié) (區(qū)域網(wǎng)路 )。 IP ? 要識(shí)別網(wǎng)路上的裝置必須回答以下 2 個(gè)問(wèn)題：它在那個(gè)網(wǎng)路上？以及它在該網(wǎng)路上的 ID 是什麼？第一個(gè)答案是軟體位址、或邏輯位址 (正確的街道 ), 而第二個(gè)答案是硬體位址 (正確的信箱 )。網(wǎng)路上的所有主機(jī)都有一個(gè)稱為 IP 位址的邏輯位址 , 這是一種軟體的、或邏輯的位址 , 而且會(huì)包含有用的編碼資訊 , 以大大地簡(jiǎn)化遶送的複雜工作 。 IP ? IP 從主機(jī)對(duì)主機(jī)層收到資料段 , 視需要將他們分割到資料包 (封包 ) 中 , 然後在接收端將資料包重組成資料段。這些資料包都會(huì)指定傳送端與接收端的 IP 位址 , 而收到資料包的路由器 (第 3 層裝置 ) 則根據(jù)封包的目的 IP 位址來(lái)決定要如何遶送。 IP ? IP 標(biāo)頭由以下的欄位組成： ? 版本 (version)－ IP 的版本號(hào)碼。 ? 標(biāo)頭長(zhǎng)度 (header length)－ 以 32 位元的字組為長(zhǎng)度單位。 ? 含 IP 優(yōu)先權(quán)位元的 ToS(ToS with IP Precedence Bits)－ 服務(wù)類型 (Type of Service, ToS) 告訴我們要如何處理該資料包。這個(gè)欄位的前 3 個(gè)位元是優(yōu)先權(quán)位元。 IP ? 總長(zhǎng)度 (total length)－ 封包的長(zhǎng)度 , 包括標(biāo)頭與資料。 ? 識(shí)別碼 (identifier)－ 具唯一性的 IP 封包值。 ? 旗標(biāo) (flags)－ 指明是否發(fā)生封包的切割。 ? 片段位移 (frag offset)－ 如果封包太大無(wú)法塞入一個(gè)訊框中 , 就會(huì)進(jìn)行切割與重組。這樣就可容許網(wǎng)際網(wǎng)路上有不同的最大傳輸單元 (Maximum Transmission Unit, MTU)。 IP ? 存留時(shí)限 (TTL)－ 封包一開始產(chǎn)生時(shí)會(huì)設(shè)定一個(gè)存留時(shí)限 (Time to Live, TTL), 如果它無(wú)法在 TTL 到期之前抵達(dá)它所要到的目的地 , 就會(huì)消失。這樣可避免封包在網(wǎng)路上無(wú)止境地繞來(lái)繞去。 ? 協(xié)定 (protocol)－ 上層協(xié)定埠 (TCP 是 6, UDP 是 17 [16 進(jìn)位 ])。同時(shí)也支援網(wǎng)路層協(xié)定。 ? 標(biāo)頭檢查碼 (header checksum)－ 只作用在標(biāo)頭上的 CRC 。 IP ? 來(lái)源 IP 位址 (source IP address)－ 傳送端工作站的 32 位元 IP 位址。 ? 目的 IP 位址 (destination IP address)－封包所要前往之工作站的 32 位元 IP 位址。 ? IP 選項(xiàng) (IP option)－ 供網(wǎng)路測(cè)試、偵錯(cuò)、安全等等用途。 ? 資料 (data)－ IP 選項(xiàng)欄位之後的部份就是上層的資料。 IP IP ? 右圖是從網(wǎng)路分析器捕捉下的一個(gè) IP 封包： IP ? Type 欄位是很重要的 (我們通常稱它為協(xié)定欄位 , 但這部分析器稱它為 IP 類型欄位 ), 如果標(biāo)頭沒有下一層的協(xié)定資訊 , 那麼 IP 就不知道要如何處理封包中的資料。這個(gè)例子告訴 IP 要將資料段交給 TCP 。 IP ? 圖 展示出當(dāng)網(wǎng)路層需要將封包交給上層協(xié)定時(shí) , 它是如何看到傳輸層協(xié)定的。 IP ? 在此例子中 , 協(xié)定欄告訴 IP 要將資料傳送給 6 號(hào)埠 TCP 或 17 (十六進(jìn)位 ) 號(hào)埠 UDP 。 如果該資料屬於上層服務(wù)或應(yīng)用程式之資料串流的一部份 , 則協(xié)定欄只會(huì)是 UDP 或 TCP。 但它也可能是 ICMP、 ARP、 或其它類型的網(wǎng)路層協(xié)定。 IP ? 表 是協(xié)定欄中可能指定的協(xié)定清單。 ICMP ? 網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定 (Inter Control Message Protocol, ICMP) 在網(wǎng)路層運(yùn)作 , 供 IP 用來(lái)提供許多不同的服務(wù)。 ICMP 是個(gè)為 IP 設(shè)計(jì)的管理協(xié)定與訊息服務(wù)提供者 , 它的訊息是以 IP 資料包來(lái)運(yùn)送的。 RFC1256 是 ICMP 的附錄 , 它提供主機(jī)有找尋抵達(dá)閘道之路徑的擴(kuò)充能力。 ICMP ? 路由器宣傳 (router advertisement) 會(huì)定期地公佈到網(wǎng)路上 , 報(bào)告路由器之網(wǎng)路界面的 IP 位址。網(wǎng)路上之主機(jī)會(huì)聆聽這些網(wǎng)路動(dòng)態(tài) , 以獲取路徑資訊。路由器請(qǐng)求 (router solicitation) 則是一種想要立即收到宣傳的請(qǐng)求 , 可能是在主機(jī)剛開始啟動(dòng)時(shí)送出的。 ICMP ? 以下是一些 ICMP 相關(guān)的常見事件與訊息： ? 目的地?zé)o法抵達(dá) (destination unreachable)－ 如果路由器再也無(wú)法傳送某個(gè) IP 資料包 , 就利用 ICMP 回傳一個(gè)訊息給封包的傳送端 , 告訴它這種情況。例如 , 如果路由器收到某個(gè)封包但認(rèn)不得封包的目的網(wǎng)路時(shí) , 就會(huì)傳送 “ ICMP目的地?zé)o法抵達(dá)” 的訊息給封包的傳送端主機(jī)。 ICMP ? 緩出區(qū)已滿 (buffer full)－ 如果路由器在接收進(jìn)入之資料包所用的記憶體緩衝區(qū)滿了 , 就會(huì)利用 ICMP 送出這個(gè)訊息 , 直到擁擠的情況緩和為止。 ? 中繼站 (hop)－ 每個(gè) IP 資料包都要指定一個(gè)它可經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)目給它 , 如果資料包在抵達(dá)目的地之前就已經(jīng)到了這個(gè)限制 , 則收到資料包的路由器就會(huì)將它丟掉 , 然後利用 ICMP 傳送一則死亡訊息 , 通知封包的傳送端機(jī)器。 ICMP ? Ping－ 封包網(wǎng)際網(wǎng)路探索者 (Pack Inter Groper, ping) 利用 ICMP 的回聲 (echo) 訊息來(lái)檢查互連網(wǎng)路上某部機(jī)器之實(shí)體與邏輯的連通性。 ? Traceroute－ Traceroute 利用 ICMP 的過(guò)時(shí) (timeout) 訊息來(lái)發(fā)掘封包穿越互連網(wǎng)路時(shí)所經(jīng)過(guò)的路線。 ? 以下是一個(gè)從網(wǎng)路分析器捕捉下來(lái)的ICMP 回聲請(qǐng)求： ICMP ICMP ICMP ? 您是否注意到有何特別的呢？您是否發(fā)現(xiàn)雖然 ICMP 是在網(wǎng)際網(wǎng)路層 (網(wǎng)路層 ) 運(yùn)作 , 但它仍然用 IP 來(lái)進(jìn)行 Ping 請(qǐng)求？IP 標(biāo)頭中的類型欄位是 0x01, 它所指定的就是 ICMP 協(xié)定。 ? 如果您還記得第 1 章中之資料鏈結(jié)層與各種不同的訊框 (frame) 型態(tài) , 應(yīng)該有能力從以上的記錄中知道它是屬於哪一種乙太網(wǎng)路訊框。 ICMP ? 這裡的相關(guān)欄位是目的硬體位址、來(lái)源硬體位址、以及乙太類型 (EtherType), 唯一使用 EtherType 欄位的訊框就是 Ether_II 訊框 (SNAP 也使用 EtherType, 但它只會(huì)出現(xiàn)在 LLC 欄位中 , 而不會(huì)出現(xiàn)在訊框中 )。 ARP ? 位址解析協(xié)定 (Address Resolution Protocol, ARP) 根據(jù)主機(jī)的 IP 位址來(lái)找尋它的硬體位址 , 以下是它的運(yùn)作方式：當(dāng) IP 有資料包要傳送時(shí) , 它必須告訴網(wǎng)路存取層協(xié)定 (例如乙太網(wǎng)路或符記環(huán) ) 有關(guān)區(qū)域網(wǎng)路上之目的地的硬體位址。如果 IP 無(wú)法在 ARP 快取中找到目的主機(jī)的硬體位址 , 就使用 ARP 來(lái)找尋這項(xiàng)資訊。 ARP ? ARP 藉由發(fā)出廣播來(lái)詢問(wèn)區(qū)域網(wǎng)路 , 要求有特定 IP 位址的機(jī)器回應(yīng)它的硬體位址。因此基本上 ARP 是要將軟體 (IP) 位址轉(zhuǎn)換成硬體位址－例如目的機(jī)器的乙太網(wǎng)路卡位址 , 然後藉由廣播該位址來(lái)追溯它在區(qū)域網(wǎng)路上的行蹤。圖 顯示 ARP 如何在區(qū)域網(wǎng)路上運(yùn)作。 ARP ARP ? 以下的記錄顯示一個(gè) ARP 廣播 (請(qǐng)注意目的硬體位址是未知的 , 全都是 16 進(jìn)位的 F, 它是一個(gè)硬體位址廣播 )： ARP RARP ? 當(dāng) IP 機(jī)器恰巧是一部無(wú)磁碟的機(jī)器時(shí) , 一開始它並不知道自己的 IP 位址 , 但知道它自己的 MAC 位址。反向位址解析協(xié)定 (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) 就是要為無(wú)磁碟的機(jī)器找尋它的 IP 位址 , 這種協(xié)定會(huì)傳送包含其 MAC 位址的封包 , 詢問(wèn)一個(gè)指定給該 MAC 位址的 IP 位址。 RARP ? 有一種稱為 RARP 伺服器的特定機(jī)器會(huì)回應(yīng)這種請(qǐng)求。 RARP 利用 MAC 位址來(lái)得知它的 IP 位址 , 確認(rèn)機(jī)器的 ID 。 ? 圖 展示一部無(wú)磁碟工作站如何利用 RARP 廣播詢問(wèn)其 IP 位址。 RARP Proxy ARP ? 在網(wǎng)路上 , 您的主機(jī)不可以設(shè)定超過(guò)一個(gè)的預(yù)設(shè)閘道。想想看 , 萬(wàn)一預(yù)設(shè)閘道 (路由器 ) 當(dāng)?shù)袅嗽觞N辦？主機(jī)並不會(huì)自動(dòng)傳給另一部路由器－您必須重新設(shè)定該主機(jī)。不過(guò) Proxy ARP 卻可以幫助子網(wǎng)路上的機(jī)器在沒有設(shè)定路由或預(yù)設(shè)閘道的情形下抵達(dá)遠(yuǎn)端子網(wǎng)路。 Proxy ARP ? 使用 Proxy ARP 的其中一個(gè)好處是 , 它可以加到網(wǎng)路上的一部路由器 , 而不會(huì)干擾到目前已經(jīng)在運(yùn)作的所有其他路由器的路徑表。不過(guò)也有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn) , 就是會(huì)增加網(wǎng)段上的交通量 , 而且主機(jī)的 ARP 表格會(huì)比平常來(lái)得大 , 以處理所有的 IPMAC 位址轉(zhuǎn)換。預(yù)設(shè)上所有的 Cisco 路由器上都會(huì)設(shè)定 Proxy ARP－如果您不需要使用它 , 就應(yīng)該要將它關(guān)掉。 Proxy ARP ? 最後一個(gè)關(guān)於 Proxy ARP 的說(shuō)明是：Proxy ARP 其實(shí)並不是一個(gè)個(gè)別的協(xié)定 , 而是路由器執(zhí)行的一種服務(wù) , 用來(lái)代表某些裝置 , 而這些裝置與其他裝置對(duì)它們的 ARP 請(qǐng)求是被路由器隔開的 , 雖然這些裝置以為它們與其他裝置共享同一個(gè)子網(wǎng)路。 22 二進(jìn)位與十進(jìn)位 及十六