【導讀】IP協(xié)議技術(shù)與標準。華為技術(shù)有限公司版權(quán)所有,未經(jīng)許可不得擴散

　　

【正文】 高效運行的關(guān)鍵是由于每個主機上都有一個 ARP 高速緩存。這個高速緩存存放了最近 Inter地址到硬件地址之間的映射記錄。高速緩存中每一項的生存時間一般為 20分鐘，起始時間從被創(chuàng)建時開始算起。 我們可以用 a r p 命令來檢查 ARP 高速緩存。參數(shù) a 的意思是顯示高速緩存中所有的內(nèi)容。 bsdi % arp a sun () at 8:0:20:3:f6:42 svr4 () at 0:0:c0:c2:9b:26 48 bit 的以太網(wǎng)地址用 6 個十六進制的數(shù)來表示，中間以冒號隔開。 IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 3章 ARP 地址解析協(xié)議 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴散 24 ARP 的分組格式 在以太網(wǎng)上解析 I P 地址時， A R P 請求和應(yīng)答分組的格式如圖 3 3 所示（ A R P 可以用于其他類型的網(wǎng)絡(luò)，可以解析 I P 地址以外的地址。緊跟 著幀類型字段的前四個字段指定了最后四個字段的類型和長度）。 圖 33 用于以太網(wǎng)的 ARP 請求或應(yīng)答分組格式 以太網(wǎng)報頭中的前兩個字段是以太網(wǎng)的源地址和目的地址。目的地址為全 1的特殊地址是廣播地址。電纜上的所有以太網(wǎng)接口都要接收廣播的數(shù)據(jù)幀。 兩個字節(jié)長的以太網(wǎng)幀類型表示后面數(shù)據(jù)的類型。對于 ARP 請求或應(yīng)答來說，該字段的值為 0x0806。 形容詞 hardware（硬件）和 protocol（協(xié)議）用來描述 ARP 分組中的各個字段。例如，一個 ARP請求分組詢問協(xié)議地址（這里是 IP 地址）對應(yīng)的硬件地址（這里是以太網(wǎng)地址） 。 硬件類型字段表示硬件地址的類型。它的值為 1 即表示以太網(wǎng)地址。協(xié)議類型字段表示要映射的協(xié)議地址類型。它的值為 0x0800 即表示 IP 地址。它的值與包含 IP 數(shù)據(jù)報的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中的類型字段的值相同。 接下來的兩個 1 字節(jié)的字段，硬件地址長度和協(xié)議地址長度分別指出硬件地址和協(xié)議地址的長度，以字節(jié)為單位。對于以太網(wǎng)上 IP 地址的 ARP請求或應(yīng)答來說，它們的值分別為 6和 4。 操作字段指出四種操作類型，它們是 ARP請求（值為 1）、 ARP應(yīng)答（值為2）、 RARP 請求（值為 3）和 RARP 應(yīng)答（值為 4）。這個字段必需的，因為 ARP 請求和 ARP 應(yīng)答的幀類型字段值是相同的。 接下來的四個字段是發(fā)送端的硬件地址（在本例中是以太網(wǎng)地址）、發(fā)送端的協(xié)議地址（ IP 地址）、目的端的硬件地址和目的端的協(xié)議地址。注意，這里有一些重復(fù)信息：在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀報頭中和 ARP請求數(shù)據(jù)幀中都有發(fā)送端的硬件地址。 對于一個 ARP 請求來說，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。當系統(tǒng)收到一份目的端為本機的 ARP 請求報文后，它就把硬件地址填進去，IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 3章 ARP 地址解析協(xié)議 25 然后用兩個目的端地址分別替換兩個發(fā)送端地址，并把操作字段置為 2，最后把它發(fā)送回去。 免費 ARP 我們可以看到 的另一個 A R P 特性稱作免費 ARP (gratuitous ARP)。它是指主機發(fā)送 A R P 查找自己的 I P 地址。通常，它發(fā)生在系統(tǒng)引導期間進行接口配置的時候。 圖 34 免費 ARP 的例子 免費 ARP 可以有兩個方面的作用： (1) 一個主機可以通過它來確定另一個主機是否設(shè)置了相同的 IP 地址。主機bsdi 并不希望對此請求有一個回答。但是，如果收到一個回答，那么就會在終端日志上產(chǎn)生一個錯誤消息“以太網(wǎng)地址 a:b:c:d:e:f 發(fā)送來重復(fù)的 IP 地址”。這樣就可以警告系統(tǒng)管理員，某個系統(tǒng)有不正確的設(shè)置。 (2) 如果發(fā)送免費 ARP 的主機正好改變了硬件地址（很可能是主機關(guān)機了，并換了一塊接口卡，然后重新啟動），那么這個分組就可以使其他主機高速緩存中舊的硬件地址進行相應(yīng)的更新。一個比較著名的 ARP 協(xié)議事實 [Plummer 1982]是，如果主機收到某個 IP 地址的 ARP請求，而且它已經(jīng)在接收者的高速緩存中，那么就要用 ARP 請求中的發(fā)送端硬件地址（如以太網(wǎng)地址）對高速緩存中相應(yīng)的內(nèi)容進行更新。主機接收到任何ARP 請求都要完成這個操作（ ARP 請求是在網(wǎng)上廣播的，因此每次發(fā)送ARP 請求時網(wǎng)絡(luò)上的所有主機都要這樣做）。 文獻 [Bhide、 Elnozahy 和 Man1991]中有一個應(yīng)用例子，通過發(fā)送含有備份硬件地址和故障服務(wù)器的 IP 地址的免費 ARP 請求，使得備份文件服務(wù)器可以順利地接替故障服務(wù)器進行工作。這使得所有目的地為故障服務(wù)器的報文都被送到備份服務(wù)器那里，客戶程序不用關(guān)心原來的服務(wù)器是否出了故障。 ARP 命令 我們已經(jīng)用過這個命令及參數(shù) a來顯示 ARP 高速緩存中的所有內(nèi)容。這里介紹其他參數(shù)的功能。 超級用戶可以用選項 d 來刪除 ARP 高速緩存中的某一項內(nèi)容。 IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 3章 ARP 地址解析協(xié)議 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴散 26 另外，可以通過選項 s 來增加高速緩存中的內(nèi)容。這個參數(shù)需要主機名和以太網(wǎng) 地址：對應(yīng)于主機名的 IP 地址和以太網(wǎng)地址被增加到高速緩存中。新增加的內(nèi)容是永久性的（比如，它沒有超時值），除非在命令行的末尾附上關(guān)鍵字 temp。 位于命令行末尾的關(guān)鍵字 pub和 s選項一起，可以使系統(tǒng)起著主機 ARP代理的作用。系統(tǒng)將回答與主機名對應(yīng)的 IP 地址的 ARP 請求，并以指定的以太網(wǎng)地址作為應(yīng)答。如果廣播的地址是系統(tǒng)本身，那么系統(tǒng)就為指定的主機名起著委托 ARP 代理的作用。 IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 4章 ICMP協(xié)議及應(yīng)用程序 27 第 4章 ICMP 協(xié)議及應(yīng)用程序 ICMP協(xié)議 IP 數(shù)據(jù)報的傳送不保證不丟失。但互連網(wǎng)層對數(shù)據(jù)報的傳送還有一定的質(zhì)量保證功能，這就是使用 Inter控制報文協(xié)議 ICMP(Inter Control Message Protocol)。 ICMP 允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關(guān)異常情況的報告。但 ICMP 不是高層協(xié)議，它仍是互連網(wǎng)層中的協(xié)議。 ICMP報文作為互連網(wǎng)層數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報的首部，組成 IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。 ICMP 報文的格式如圖 41所示。 數(shù)據(jù)報首部 數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)ICMP 報文IP 數(shù)據(jù)報 圖 41 ICMP報文與 IP 數(shù)據(jù)報的關(guān)系 類型 代碼 檢驗和長度可變部分取決于 I CM P 的類型0 8 16 31 圖 42 ICMP報文的格式 ICMP 報文的前四個字節(jié)是統(tǒng)一的格式，共有三個字段。但后面是和長度可變部分，其長度取決于 ICMP的類型。 ICMP 報文的類 型字段占一個字節(jié)。類型字段的值與 ICMP報文的類型關(guān)系如下： 類型字段的值 ICMP 報文的類型 0 Ech0(回送 )回答 3 目的站不可達 4 源站抑制 (Source Quench) IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 4章 ICMP協(xié)議及應(yīng)用程序 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴散 28 5 改變路由 (Redirect) 8 Echo 請求 11 數(shù)據(jù)報的時間超過 12 數(shù)據(jù)報的參數(shù)有問題 13 時間戳 (Timestamp)請求 14 時間戳回答 17 地址掩碼 (Address Mask)請求 18 地址掩碼回答 ICMP 報文的代碼字段也占有一個字節(jié)。為的是進一步區(qū)分某種類型中的幾種不同的情況。后面的檢驗和占兩個字節(jié)，它檢驗整個 ICMP 報文。數(shù)據(jù)報首部的檢驗和不檢驗數(shù)據(jù)報的內(nèi)容，因此不能保證 ICMP 報文是正確的。 ICMP 報文的類型很多，但可分為兩種類型，即 ICMP 差錯報文和 ICMP詢問報文。 在 ICMP 差錯報文中，改變路由報文用得最多。我們以圖 43 為例來說明改變路由報文的用法。 ?B?C ?AR2R1網(wǎng) 2網(wǎng) 3網(wǎng) 1 圖 43 ICMP改變路由報文的使用舉例 從圖 43可看出 ，主機 A向主機 B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報應(yīng)經(jīng)過路由器 R1，而向主機 C 發(fā)送數(shù)據(jù)報則應(yīng)經(jīng)過路由 R2?，F(xiàn)在假定主機 A啟動后，其路由表中只有一個默認路由器 R1。當主機 A向主機 C發(fā)送數(shù)據(jù)報時，數(shù)據(jù)報就被送到路由器 R1。從路由器 R1 的路由表可查出：發(fā)往主機 C 的數(shù)據(jù)報應(yīng)經(jīng)過路由器 R2。于是數(shù)據(jù)報從路由器 R1再轉(zhuǎn)到路由器 R2，最后傳到主機 C。顯然，這個路由不好，應(yīng)改變。于是，路由器 R1 向主機 A發(fā)送一個 ICMP改變路由報文，指出此數(shù)據(jù)報應(yīng)經(jīng)過的下一個路由器 R2 的 IP 地址。主機 A根據(jù)收到的信息更新其路由表。以后主機 A再向主 C 發(fā)送數(shù)據(jù)報 時，根據(jù)路由表就知道應(yīng)將數(shù)據(jù)報傳到路由器 R2，而不再傳到默認路由器 R1 了。 IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 4章 ICMP協(xié)議及應(yīng)用程序 29 圖 44 是 ICMP 改變路由報文的格式。在第 58 字節(jié)了寫入數(shù)據(jù)報應(yīng)經(jīng)過的路由器的 IP 地址。再后面就是說明是哪一個數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報的首部都要寫入，而數(shù)據(jù)部分則寫入其前 8 個字節(jié)，這里面有運輸層數(shù)據(jù)單元首部的一些數(shù)據(jù)（端口號），有時要用到。 類型 代碼 檢驗和路由器的 IP 地址原來的 IP 數(shù)據(jù)報首部原來的 IP 數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)的前面 8 個字節(jié)0 8 16 31 圖 44 ICMP改變路由報文的格式 當某個速率較高的源主機向另一個速率較慢的目的主機（或路由器）發(fā)送一連串的數(shù)據(jù)報時，就有可能使速率較慢的目的主機產(chǎn)生擁塞，因而不得不丟棄一些數(shù)據(jù)報。通過高層協(xié)議，源主機得知 丟失了一些數(shù)據(jù)報，就不斷地重發(fā)這些數(shù)據(jù)報。這就使得本來就已經(jīng)擁塞的目的主機更加擁塞。在這種情況下，目的主機就要向源主機發(fā)送 ICMP 源站抑制報文，使源站暫停發(fā)送數(shù)據(jù)報，過一段時間再逐漸恢復(fù)正常。 下面介紹幾個常用的 ICMP詢問報文。 (1) ICMP Echo請求報文是由主機或路由器向一個特定的目的主機發(fā)出的詢問。收到此報文的機器必須給主機發(fā)送 ICMP Echo 回答報文。這種詢問報文用來測試目的站是否可達以及了解其有關(guān)狀態(tài)。在應(yīng)用層有一個服務(wù)叫做 PING(Packet InterNet Groper)，用來測試兩個主 機之間的連通性。PING 使用了 ICMP Echo 請求與 Echo回答報文。 (2) ICMP 時間戳請求報文是請某個主機或路由器回答當前的日期和時間。在 ICMP 時間戳回答報文中有一個 32bit 的字段，其中寫入的整數(shù)代表從1900 年 1 月 1 日起到當前時刻一共有多少秒。時間戳請求與回答可用來進行時鐘同步和測量時間。 (3) ICMP 地址掩碼請求與回答可使主機向子網(wǎng)掩碼服務(wù)器得到某個接口的地址掩碼。 Ping 程序 “ ping”這個名字源于聲納定位操作。 Ping程序由 Mike Muuss編寫，目的是為了測試另一臺主機是否可達。該程序發(fā) 送一份 ICMP回顯請求報文給主機，并等待返回 ICMP回顯應(yīng)答。 IP 協(xié)議技術(shù)與標準 第 4章 ICMP協(xié)議及應(yīng)用程序 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴散 30 一般來說，如果不能 Ping 到某臺主機，那么就不能 Tel 或者 FTP 到那臺主機。反過來，如果不能 Tel 到某臺主機，那么通?？梢杂?Ping程序來確定問題出在哪里。 Ping 程序還能測出到這臺主機的往返時間，以表明該主機離我們有“多遠”。 PING 的輸出及選項參數(shù) 從 Windows 98 的計算機中 Ping 。 Pinging [] with 32 bytes of data: Reply from : bytes=32 time=50ms TTL=120 Reply from : bytes=32 time=50ms TTL=120 Reply from : bytes=32 time=50ms TTL=120 Reply from : bytes=32 time=60ms TTL=120 Ping statistics for : Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss), Approximate round trip times in milliseconds: Minimum = 50ms, Maximum = 60ms, Average = 52ms Windows 98 中 Ping 程序的參數(shù)說明 Usage: ping [t] [a] [n count] [l size] [f] [i TTL] [v TOS] [r count] [s count] [[j hostlist] | [k hostlist]]