考研级《计算机网络》知识梳理——第十七期

ARP协议（Address Resolution Protocol）

　　ARP本质上也是跟MAC存储表差不多的一种缓存，它是一种高速缓存，专门存储IP地址与MAC地址的映射表。

1、发送数据的过程

　　情况一：在局域网内查找IP对应的MA地址映射

　　　　依靠交换机等数据链路层设备对请求分组（一种含有源IP、源MAC、目的IP、目的MAC为默认全1广播值）进行局域网内广播，目标主机在收到该广播后会回复一个带有自身IP和MAC的分组以非广播（单播）的形式传回源主机。

　　情况二：跨路由器查找IP对应的MAC地址映射

　　　　首先根据子网掩码判断目标主机的IP地址在不在同一个网段（子网）内，如果不在，首先还没出局域网的时候同样是依靠广播的形式，目标IP替换为必经之路默认网关接口的IP地址发送请求分组，默认网关路由器会单播回复该请求，ARP协议体系中就获取到这个网关接口的MAC（此时还没有跑出广播域），后面就是路由器间点对点的以相同的方式进行MAC获取，直到到达目的主机所在的局域网，最终由广播该局域网的路由器获取到目的主机的MAC地址。

2、ARP协议

　　必要性：由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址。有的主机在高速缓存中恰好没有对应MAC地址的就需要借助ARP协议来得到下一跳的MAC地址。

　　作用：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。（解决下一跳走哪的问题，个人理解是IP有点像全局坐标，MAC有点像局部坐标，IP给你一个大方向保证你不迷路，但真要完成点对点的传递任务还得依靠MAC）

　　使用过程：检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存（10-20min更新一次）

　　ARP协议4种典型情况（由于ARP协议已经非常成熟且相关网络设备上对协议的应用也很完备，所以用户几乎不需要考虑相关的内容，设备间以一种及其成熟的方式自动执行该协议）：

　　　　1、主机A发给本网络上的主机B：用ARP找到主机B的硬件地址；

　　　　2、主机A发给另一网络上的主机B：用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址；

　　　　3、路由器发给本网络的主机A：用ARP找到主机A硬件地址；

　　　　4、路由器发给另一网络上的主机A：用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。

3、ARP协议习题

DHCP协议（动态主机配置协议Dynamic Host Configuration Protocol）

1、主机如何获得IP地址

　　在网络体系中需要通讯肯定会用到IP，主机通过分配获得自身的IP的方式有两种，分别为静态配置方式、动态配置方式。

　　　　静态配置

　　　　　　电脑机房或网吧中的主机，管理员根据一定规律将IP人为分配好（大概率是私有IP再通过NAT与外网连接），需要配置的几个参数有：IP地址、子网掩码、默认网关（获取目标MAC地址等作用）

　　　　动态配置

　　　　　　主要用于通过无线局域网连接的移动设备，因为会随时移动位置，所以需要动态地分配IP，值得注意的是DHCP协议是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP（UDP传输层再详细讲解）。

　　　　　　DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用（地址池），支持移动用户加入网络，支持在用地址续租（分配的地址是时间性的，超出使用时间需要申请地址续租）。

　　　　　　过程原理（全为广播）：

　　　　　　　　1、主机广播DHCP发现报文

　　　　　　　　　　“有没有DHCP服务器呀？” 试图找到网络中的服务器，服务器获得一个IP地址。

　　　　　　　　2、DHCP服务器广播DHCP提供报文

　　　　　　　　　　“有！有！有！” 服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得。

　　　　　　　　3、主机广播DHCP请求报文

　　　　　　　　　　“给我分配一个IP地址！” 主机向服务器请求提供IP地址。

　　　　　　　　4、DHCP服务器广播DHCP确认报文

　　　　　　　　　　“好嘞！” 正式将IP地址分配给主机。

ICMP协议（因特网控制报文协议Internet Control Message Protocol）

1、TCP/IP协议栈

　　ICMP协议、IGMP协议都是为传输层直接提供服务，为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会。

2、网络控制报文协议ICMP

　　主要功能支持主机或路由器的：

　　　　1、差错（或异常）报告 → 发送特定的ICMP报文

　　　　　　报文类型分为：ICMP差错报文、ICMP询问报文

　　　　2、网络探询

3、ICMP差错报告报文（5种）

　　1、终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。（无法交付的情况）

　　2、源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。（拥塞丢数据的情况）

　　3、时间超过：当路由器收到生存时间TTL=0的数据报时，除丢弃该数据外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。（TTL=0的情况）

　　4、参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。（首部字段有问题的情况）

　　5、改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（更换为更好的路由的情况）。

4、ICMP差错报告报文数据字段

　　ICMP的数据字段内容是根据出错的IP数据报做的编辑。

5、不应发送ICMP差错报文的情况

　　1、对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。（禁止禁止禁止套娃！！）

　　2、对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。（意思意思得了）

　　3、对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。（组播与广播的区别是，广播是一点对广播域内所有点，组播是一点对广播域内部分点）

　　4、对具有特殊地址（如127.0.0.1或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文。

6、ICMP询问报文

　　1、回送请求和回答报文

　　　　主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。（典型的例子是Ping，测试目的站是否可达以及了解其相关状态。）

　　2、时间戳请求和回答报文

　　　　请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。（用来进行时钟同步和测量时间）

　　3、掩码地址请求和回答报文（不再使用）

　　4、路由器询问和通告报文（不再使用）

7、ICMP的应用

　　1、PING

　　　　PING（Packet Internet Groper）是一种因特网包探索器，用于测试网络连接量的程序。Ping是工作在 TCP/IP网络体系结构中应用层的一个服务命令，主要是向特定的目的主机发送 ICMP（Internet Control Message Protocol 因特网报文控制协议）Echo请求报文，测试目的站是否可达及了解其有关状态。（测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文）

　　2、Traceroute

　　　　跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文。其具体原理是，发送一连串的分组，分组的生存时间TTL依次递增1，因此就可以逐个分组的向前探索路径，直到到达目的地。最终测算出源点到目的主机之间的距离。

IPv6