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1、第第2章章 IP地址及地址转换地址及地址转换2.1 分类编址机制分类编址机制2.2 子网编址和超网编址子网编址和超网编址2.3 网络地址到物理地址的映射网络地址到物理地址的映射2.4 物理地址到网络地址的映射物理地址到网络地址的映射2012021主要内容主要内容vvIP地址的功能与作用，地址的功能与作用，IP地址分类与表示，地址分类与表示，一些特殊的一些特殊的IP地址，地址，IP地址的扩展。地址的扩展。vvIP地址与物理地址的关系以及转换协议。地址与物理地址的关系以及转换协议。0120222.1 分类编址机制分类编址机制vv一个通信系统允许任一台主机与其他任何主机进一个通信系统允许任一台主机与
2、其他任何主机进一个通信系统允许任一台主机与其他任何主机进一个通信系统允许任一台主机与其他任何主机进行通信，则说系统提供通用通信服务。为了使通行通信，则说系统提供通用通信服务。为了使通行通信，则说系统提供通用通信服务。为了使通行通信，则说系统提供通用通信服务。为了使通信系统通用，需要一个全球都接受的方法来标识信系统通用，需要一个全球都接受的方法来标识信系统通用，需要一个全球都接受的方法来标识信系统通用，需要一个全球都接受的方法来标识所有连在网上的计算机。所有连在网上的计算机。所有连在网上的计算机。所有连在网上的计算机。TCP/IPTCP/IP选用地址和名字选用地址和名字选用地址和名字选用地址和名
3、字作为通用主机标识符。采用简洁的二进制地址作作为通用主机标识符。采用简洁的二进制地址作作为通用主机标识符。采用简洁的二进制地址作作为通用主机标识符。采用简洁的二进制地址作为标准，则使选路之类的计算更加高效。为标准，则使选路之类的计算更加高效。为标准，则使选路之类的计算更加高效。为标准，则使选路之类的计算更加高效。vvTCP/IPTCP/IP的设计人员选择了一种模拟物理网络编址的设计人员选择了一种模拟物理网络编址的设计人员选择了一种模拟物理网络编址的设计人员选择了一种模拟物理网络编址的机制，为互联网上的每台主机都分配了一个的机制，为互联网上的每台主机都分配了一个的机制，为互联网上的每台主机都分配
4、了一个的机制，为互联网上的每台主机都分配了一个3232比特的整数地址称为互联网地址或比特的整数地址称为互联网地址或比特的整数地址称为互联网地址或比特的整数地址称为互联网地址或IPIP地址。该地地址。该地地址。该地地址。该地址用在所有与该主机的通信中。址用在所有与该主机的通信中。址用在所有与该主机的通信中。址用在所有与该主机的通信中。012023vvIP地址是成对的：地址是成对的：网络号（网络号（Netid）和和主机主机号（号（host），其中网络号标识某个网络，其中网络号标识某个网络，主机号标识该网络上的某台主机。同一网主机号标识该网络上的某台主机。同一网络的所有主机的络的所有主机的IP地址共
5、享统一前缀。地址共享统一前缀。为为考虑不同网络的规模，考虑不同网络的规模，IP地址分为五大类地址分为五大类即：即：A、B、C、D、E。012024IP地址的分类地址的分类0 NetID10110NetID1110Multicast AddressHostIDNetIDHostIDHostIDClassABCD8 bits8 bits8 bits8 bits8 bits8 bits8 bits8 bits1111保留未用保留未用E012025地址范围和主机数地址范围和主机数vvA A A A类类类类 0 0 0 00000000-0000000-0000000-0000000-0 0 0 011
6、11111111111111111111111111 126126126126（2 2 2 27 7 7 7-2-2-2-2）个可用网络号）个可用网络号）个可用网络号）个可用网络号 1-1261-1261-1261-126 每个网络有一千六百万（每个网络有一千六百万（每个网络有一千六百万（每个网络有一千六百万（2 2 2 224242424-2-2-2-2）个主机号）个主机号）个主机号）个主机号vvB B B B类类类类 10101010000000.00000001-000000.00000001-000000.00000001-000000.00000001-10101010111111.
7、11111110111111.11111110111111.11111110111111.11111110（2 21414-2-2）个网络号）个网络号）个网络号）个网络号 128.1-191.254128.1-191.254128.1-191.254128.1-191.254 每个网络有六万五千（每个网络有六万五千（每个网络有六万五千（每个网络有六万五千（2 21616-2-2）多个主机号）多个主机号）多个主机号）多个主机号vvC C C C类类类类 11011011011000000-00000-00000-00000-11011011011011111 192.0.1-223.255.25
8、411111 192.0.1-223.255.25411111 192.0.1-223.255.25411111 192.0.1-223.255.254 超过两百万（超过两百万（超过两百万（超过两百万（2 22121-2-2）个网络号）个网络号）个网络号）个网络号 每个网络有二百五十六（每个网络有二百五十六（每个网络有二百五十六（每个网络有二百五十六（28-228-2）个主机号）个主机号）个主机号）个主机号vvD D D D类地址范围类地址范围类地址范围类地址范围 11101110111011100000-0000-0000-0000-11101110111011101111 224-2391
9、111 224-2391111 224-2391111 224-239012026vv IP 协议规定：IP 地址是 32 位二进制数字：11001010011011001111100111001110为方便阅读和从键盘上输入，可把每 8 位二进制数字转换成一个十进制数字，并用小数点隔开：202.108.249.206这就是“点分十进制”记法。我们从键盘上输入点分十进制的 IP 地址，计算机就把它转换为 32位的二进制数字。二进制与点分十进制二进制与点分十进制012027IP 地址的惟一性地址的惟一性vv连接在因特网的每一台计算机都有一个连接在因特网的每一台计算机都有一个连接在因特网的每一台计
10、算机都有一个连接在因特网的每一台计算机都有一个 IP IP 地址。地址。地址。地址。这个这个这个这个 IP IP 地址地址地址地址在世界范围内必须是在世界范围内必须是在世界范围内必须是在世界范围内必须是惟一惟一惟一惟一的。的。的。的。vv路由器根据分组首部中的目的路由器根据分组首部中的目的路由器根据分组首部中的目的路由器根据分组首部中的目的 IP IP 地址查找出下地址查找出下地址查找出下地址查找出下一跳路由器的地址。一跳路由器的地址。一跳路由器的地址。一跳路由器的地址。vv计算机有多个物理连接时，就需要多个计算机有多个物理连接时，就需要多个计算机有多个物理连接时，就需要多个计算机有多个物理连
11、接时，就需要多个IPIP地址，地址，地址，地址，称为称为称为称为多址主机多址主机多址主机多址主机。路由器路由器路由器路由器连接连接连接连接n n个网络时有个网络时有个网络时有个网络时有n n个个个个IPIP地地地地址，每个地址对应一个网络连接。址，每个地址对应一个网络连接。址，每个地址对应一个网络连接。址，每个地址对应一个网络连接。vv互联网地址即可以指定主机，也可以指定网络。互联网地址即可以指定主机，也可以指定网络。互联网地址即可以指定主机，也可以指定网络。互联网地址即可以指定主机，也可以指定网络。用主机号为用主机号为用主机号为用主机号为0 0的的的的IPIP地址来指定网络。地址来指定网络。
12、地址来指定网络。地址来指定网络。例：例：例：例：222.160.30.0222.160.30.0为一个为一个为一个为一个网络地址网络地址网络地址网络地址012028vv主机号为全主机号为全主机号为全主机号为全“1”“1”的地址作为的地址作为的地址作为的地址作为定向广播地址定向广播地址定向广播地址定向广播地址。vv本地广播地址本地广播地址本地广播地址本地广播地址（有线广播地址有线广播地址有线广播地址有线广播地址）有）有）有）有3232个个个个“1”“1”组组组组成。一台主机在了解自己的成。一台主机在了解自己的成。一台主机在了解自己的成。一台主机在了解自己的IPIP地址或本地网络的地址或本地网络的
13、地址或本地网络的地址或本地网络的IPIP地址前缀之前，可以在启动过程中使用本地广地址前缀之前，可以在启动过程中使用本地广地址前缀之前，可以在启动过程中使用本地广地址前缀之前，可以在启动过程中使用本地广播地址。播地址。播地址。播地址。vv一般来说，互联网一般来说，互联网一般来说，互联网一般来说，互联网把全把全把全把全“1”“1”字段解释成字段解释成字段解释成字段解释成“所有所有所有所有”；把全；把全；把全；把全“0”“0”字段解释成字段解释成字段解释成字段解释成“本本本本”。vvIPIP编址方式还支持多点发送（编址方式还支持多点发送（编址方式还支持多点发送（编址方式还支持多点发送（组播组播组播组
14、播），在这种发），在这种发），在这种发），在这种发送形式中，分组被发送给一系列主机的子集。送形式中，分组被发送给一系列主机的子集。送形式中，分组被发送给一系列主机的子集。送形式中，分组被发送给一系列主机的子集。D D类地址用于组播。类地址用于组播。类地址用于组播。类地址用于组播。vv环回地址环回地址环回地址环回地址，IPIP地址地址地址地址127.0.0.0127.0.0.0保留用于环回，用来保留用于环回，用来保留用于环回，用来保留用于环回，用来测试测试测试测试TCP/IPTCP/IP以及本机进程间的通信。以及本机进程间的通信。以及本机进程间的通信。以及本机进程间的通信。特殊特殊IP地址地址0
15、12029R3R3BR1R1R2R2LAN3LAN3222.1.3.0222.1.3.0LAN2LAN2222.1.2.0222.1.2.0222.1.3.1222.1.3.2222.1.5.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.5.2N2 222.1.5.0N2 222.1.5.0222.1.4.1222.1.4.1222.1.4.2222.1.4.2N1 222.1.4.0N1 222.1.4.0222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3LAN1LAN1222.1.1.0222.1.1.0222.1.6.1222.1.6.1222.1.6.2222.1.6.2N3
16、222.1.6.0N3 222.1.6.0222.1.2.1222.1.2.2222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.5222.1.3.3222.1.1.4互连网中的互连网中的IPIP地址地址0120210Internet编址方法的缺陷编址方法的缺陷vv如果一台主机从一个网络移到另一个网络，必须如果一台主机从一个网络移到另一个网络，必须如果一台主机从一个网络移到另一个网络，必须如果一台主机从一个网络移到另一个网络，必须改变它的改变它的改变它的改变它的IPIP地址。地址指的是网络连接，而不是地址。地址指的是网络连接，而不是地址。地址指的是网络连接，而不是地址。地址指的是网络连接，而不
17、是指主机。指主机。指主机。指主机。vv选路基于互联网地址，地址的网络号部分用于选选路基于互联网地址，地址的网络号部分用于选选路基于互联网地址，地址的网络号部分用于选选路基于互联网地址，地址的网络号部分用于选路决策，因此发送到多路决策，因此发送到多路决策，因此发送到多路决策，因此发送到多IPIP地址主机的分组所经过地址主机的分组所经过地址主机的分组所经过地址主机的分组所经过的路径依赖于使用的地址。的路径依赖于使用的地址。的路径依赖于使用的地址。的路径依赖于使用的地址。0120211一般不使用的特殊一般不使用的特殊IP地址地址NET-NET-IDIDHOSTHOST-ID-ID源地址源地址源地址源
18、地址使用使用使用使用目的地址目的地址目的地址目的地址使用使用使用使用代表的意思代表的意思代表的意思代表的意思0 00 0可以可以可以可以不可以不可以不可以不可以在本网络上的本主机在本网络上的本主机在本网络上的本主机在本网络上的本主机0 0HostHost-id-id可以可以可以可以不可以不可以不可以不可以在本网络上的某个主机在本网络上的某个主机在本网络上的某个主机在本网络上的某个主机全全全全1 1全全全全1 1不可不可不可不可以以以以可以可以可以可以只在本网络上进行广播（各只在本网络上进行广播（各只在本网络上进行广播（各只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）路由器均不转发）路由器均不转发）路
19、由器均不转发）Net-Net-idid全全全全1 1不可不可不可不可以以以以可以可以可以可以对对对对net-idnet-id上的所有主机进行上的所有主机进行上的所有主机进行上的所有主机进行广播广播广播广播127127任何任何任何任何数数数数可以可以可以可以可以可以可以可以用作本地软件回送测试用作本地软件回送测试用作本地软件回送测试用作本地软件回送测试（loopback testloopback test）0120212IP 地址是宝贵的网络资源地址是宝贵的网络资源vvIP IP 地址的总数：地址的总数：地址的总数：地址的总数：2 23232=4 294 967 296 =4 294 967 2
20、96 个，接近个，接近个，接近个，接近 43 43 亿个。亿个。亿个。亿个。vv由于由于由于由于 IP IP 地址的总数有限，因此地址的总数有限，因此地址的总数有限，因此地址的总数有限，因此 IP IP 地址是非常宝地址是非常宝地址是非常宝地址是非常宝贵的资源。由贵的资源。由贵的资源。由贵的资源。由InternetInternet编址管理机构（编址管理机构（编址管理机构（编址管理机构（ICANNICANNICANNICANN）统统统统一管理和分配。需要使用大量一管理和分配。需要使用大量一管理和分配。需要使用大量一管理和分配。需要使用大量 IP IP 地址的单位必地址的单位必地址的单位必地址的单
21、位必须向须向须向须向ICANNICANNICANNICANN进行申请。现在仅能申请到进行申请。现在仅能申请到进行申请。现在仅能申请到进行申请。现在仅能申请到B B、C C类。类。类。类。获得网络号获得网络号获得网络号获得网络号netidnetid后，各主机号后，各主机号后，各主机号后，各主机号hostidhostid，由，由，由，由单位自行分配。单位自行分配。单位自行分配。单位自行分配。vv大型的大型的大型的大型的ISPISPISPISP需要和一个权威组织需要和一个权威组织需要和一个权威组织需要和一个权威组织ICANNICANNICANNICANN联络，获得联络，获得联络，获得联络，获得一个网
22、络的前缀。一个网络的前缀。一个网络的前缀。一个网络的前缀。使用少量使用少量使用少量使用少量 IP IP 地址的用户，向地址的用户，向地址的用户，向地址的用户，向就近的本地因特网服务提供者就近的本地因特网服务提供者就近的本地因特网服务提供者就近的本地因特网服务提供者 ISP ISP 申请。申请。申请。申请。01202132.2 子网编址和超网编址子网编址和超网编址vv尽管最初要求每个物理网络有一个唯一的网络前尽管最初要求每个物理网络有一个唯一的网络前尽管最初要求每个物理网络有一个唯一的网络前尽管最初要求每个物理网络有一个唯一的网络前缀，随着局域网技术的流行，每个物理网络所需缀，随着局域网技术的流
23、行，每个物理网络所需缀，随着局域网技术的流行，每个物理网络所需缀，随着局域网技术的流行，每个物理网络所需要的独特的前缀会迅速耗尽地址空间。因此，需要的独特的前缀会迅速耗尽地址空间。因此，需要的独特的前缀会迅速耗尽地址空间。因此，需要的独特的前缀会迅速耗尽地址空间。因此，需要对编址方法进行扩展。要对编址方法进行扩展。要对编址方法进行扩展。要对编址方法进行扩展。vv8080年代，开发了一种地址扩展来保存网络前缀，年代，开发了一种地址扩展来保存网络前缀，年代，开发了一种地址扩展来保存网络前缀，年代，开发了一种地址扩展来保存网络前缀，称为称为称为称为子网编址子网编址子网编址子网编址，允许多个物理网络共
24、享一个前缀。，允许多个物理网络共享一个前缀。，允许多个物理网络共享一个前缀。，允许多个物理网络共享一个前缀。vv9090年代，设计出第二种方式，忽略分类层次并允年代，设计出第二种方式，忽略分类层次并允年代，设计出第二种方式，忽略分类层次并允年代，设计出第二种方式，忽略分类层次并允许在任意位置进行前缀和后缀的划分，称为无类许在任意位置进行前缀和后缀的划分，称为无类许在任意位置进行前缀和后缀的划分，称为无类许在任意位置进行前缀和后缀的划分，称为无类型编址或型编址或型编址或型编址或超网编址超网编址超网编址超网编址，允许更复杂的利用地址空间。，允许更复杂的利用地址空间。，允许更复杂的利用地址空间。，允
25、许更复杂的利用地址空间。01202142.3 网络地址到物理地址的映射网络地址到物理地址的映射vv互联网上的每台主机都分配一个互联网上的每台主机都分配一个32位的位的IP地址，互联网使用分配的地址来发送和接地址，互联网使用分配的地址来发送和接收分组。实际上在网络链路上传送的是收分组。实际上在网络链路上传送的是“帧帧”，使用的是帧的硬件地址（，使用的是帧的硬件地址（MAC 地址）地址）。只有当某个网络上的两台机器互相知道。只有当某个网络上的两台机器互相知道对方的物理网络地址时，才能进行通信。对方的物理网络地址时，才能进行通信。那么，如何把一个那么，如何把一个IP地址映射到正确的物地址映射到正确的
26、物理地址上呢？理地址上呢？0120215通过动态绑定进行转换通过动态绑定进行转换vv考虑同一物理网络上的两台机器考虑同一物理网络上的两台机器考虑同一物理网络上的两台机器考虑同一物理网络上的两台机器A A和和和和B B。给他们。给他们。给他们。给他们分配的分配的分配的分配的IPIP地址分别是地址分别是地址分别是地址分别是I IA A和和和和I IB B，物理地址是，物理地址是，物理地址是，物理地址是P PA A和和和和P PB B。如果如果如果如果A A想给想给想给想给B B发送数据，并且发送数据，并且发送数据，并且发送数据，并且A A只知道只知道只知道只知道B B的的的的IPIP地址，地址，地
27、址，地址，它必须首先查找它必须首先查找它必须首先查找它必须首先查找B B的物理地址。的物理地址。的物理地址。的物理地址。vvTCP/IPTCP/IP协议设计人员采用一种创造性的方法，解协议设计人员采用一种创造性的方法，解协议设计人员采用一种创造性的方法，解协议设计人员采用一种创造性的方法，解决了诸如以太网这样具有广播能力物理网络的地决了诸如以太网这样具有广播能力物理网络的地决了诸如以太网这样具有广播能力物理网络的地决了诸如以太网这样具有广播能力物理网络的地址转换问题。址转换问题。址转换问题。址转换问题。选用一个选用一个选用一个选用一个低层协议动态绑定地址低层协议动态绑定地址低层协议动态绑定地址
28、低层协议动态绑定地址，这个协议称为这个协议称为这个协议称为这个协议称为地址转换协议地址转换协议地址转换协议地址转换协议ARPARP，提供了一种即，提供了一种即，提供了一种即，提供了一种即高校又易于维护的机制。高校又易于维护的机制。高校又易于维护的机制。高校又易于维护的机制。vv如下图所示，当如下图所示，当如下图所示，当如下图所示，当A A要转换要转换要转换要转换IPIP地址地址地址地址I IB B时，它发送一时，它发送一时，它发送一时，它发送一个含有个含有个含有个含有B B的的的的IPIP地址的地址的地址的地址的ARPARP广播，请求广播，请求广播，请求广播，请求B B的物理地的物理地的物理地
29、的物理地址，包括址，包括址，包括址，包括B B在内的所有主机接收到这个请求，只在内的所有主机接收到这个请求，只在内的所有主机接收到这个请求，只在内的所有主机接收到这个请求，只有有有有B B收到该广播后，向收到该广播后，向收到该广播后，向收到该广播后，向A A回应其物理地址。当回应其物理地址。当回应其物理地址。当回应其物理地址。当A A收收收收到应答后，就用该物理地址把互联网分组直接发到应答后，就用该物理地址把互联网分组直接发到应答后，就用该物理地址把互联网分组直接发到应答后，就用该物理地址把互联网分组直接发送给送给送给送给B B。0120216ABXYARP ARP 请求请求请求请求IP=19
30、2.1.0.2IP=192.1.0.2PA=?PA=?IP=192.1.0.1PA=AAAIP=192.1.0.2PB=BBBIP=192.1.0.3PX=XXXIP=192.1.0.4PY=YYYARP ARP 应答应答应答应答PA=YYYPA=YYYARP协议过程协议过程vv注意，虽然所有接口都收到注意，虽然所有接口都收到注意，虽然所有接口都收到注意，虽然所有接口都收到了信息，但只有了信息，但只有了信息，但只有了信息，但只有B B识别它的识别它的识别它的识别它的IPIP地址，回应该请求，这保证地址，回应该请求，这保证地址，回应该请求，这保证地址，回应该请求，这保证了回应的正确且避免了过期了
31、回应的正确且避免了过期了回应的正确且避免了过期了回应的正确且避免了过期的信息。的信息。的信息。的信息。0120217vv使用使用使用使用ARPARP的计算机维护着一个的计算机维护着一个的计算机维护着一个的计算机维护着一个高速缓存高速缓存高速缓存高速缓存，存放最近获，存放最近获，存放最近获，存放最近获得的得的得的得的IPIP地址到物理地址的绑定。当一台机器发送一个地址到物理地址的绑定。当一台机器发送一个地址到物理地址的绑定。当一台机器发送一个地址到物理地址的绑定。当一台机器发送一个ARPARP请求并接收到一个请求并接收到一个请求并接收到一个请求并接收到一个ARPARP应答时，就在高速缓存中应答时
32、，就在高速缓存中应答时，就在高速缓存中应答时，就在高速缓存中保存保存保存保存IPIP地址及其对应的物理地址，以便以后查询。地址及其对应的物理地址，以便以后查询。地址及其对应的物理地址，以便以后查询。地址及其对应的物理地址，以便以后查询。vv发送者的发送者的发送者的发送者的对同时被对同时被对同时被对同时被存到接收存到接收存到接收存到接收ARPARP请求的主机的本地请求的主机的本地请求的主机的本地请求的主机的本地ARPARP表中，一般表中，一般表中，一般表中，一般A A想与想与想与想与B B通信时，通信时，通信时，通信时，B B可能也需要与可能也需要与可能也需要与可能也需要与A A通信。通信。通信
33、。通信。vv这样，当一个网络上的两台计算机进行通信时，先以这样，当一个网络上的两台计算机进行通信时，先以这样，当一个网络上的两台计算机进行通信时，先以这样，当一个网络上的两台计算机进行通信时，先以ARPARP请求和应答开始，然后就会反复传送分组，不再请求和应答开始，然后就会反复传送分组，不再请求和应答开始，然后就会反复传送分组，不再请求和应答开始，然后就会反复传送分组，不再需要为任何一方使用需要为任何一方使用需要为任何一方使用需要为任何一方使用ARPARP。vv为避免信息为避免信息为避免信息为避免信息“失效失效失效失效”，ARPARP缓存提供了软状态。使用缓存提供了软状态。使用缓存提供了软状态
34、。使用缓存提供了软状态。使用计时器，当计时器超时后则删除状态信息计时器，当计时器超时后则删除状态信息计时器，当计时器超时后则删除状态信息计时器，当计时器超时后则删除状态信息ARP缓存缓存0120218vv事实上，互联网中的分组在从源站到目的站的路事实上，互联网中的分组在从源站到目的站的路事实上，互联网中的分组在从源站到目的站的路事实上，互联网中的分组在从源站到目的站的路径上，每一步都要执行地址映射。分两种情况：径上，每一步都要执行地址映射。分两种情况：径上，每一步都要执行地址映射。分两种情况：径上，每一步都要执行地址映射。分两种情况：第一，在发送分组的第一，在发送分组的第一，在发送分组的第一，
35、在发送分组的最后一步最后一步最后一步最后一步，分组必须通过一个物，分组必须通过一个物，分组必须通过一个物，分组必须通过一个物理网络发送到他的最终目的站。理网络发送到他的最终目的站。理网络发送到他的最终目的站。理网络发送到他的最终目的站。发送分组的计算机必发送分组的计算机必发送分组的计算机必发送分组的计算机必须把目的站的须把目的站的须把目的站的须把目的站的IPIP地址映射到他的物理地址地址映射到他的物理地址地址映射到他的物理地址地址映射到他的物理地址；第二，沿着从源站到目的站的路径，除了最后一步，第二，沿着从源站到目的站的路径，除了最后一步，第二，沿着从源站到目的站的路径，除了最后一步，第二，沿
36、着从源站到目的站的路径，除了最后一步，在每一点都必须把分组发送到一个在每一点都必须把分组发送到一个在每一点都必须把分组发送到一个在每一点都必须把分组发送到一个中间路由器中间路由器中间路由器中间路由器。发送发送发送发送方把中间路由器的方把中间路由器的方把中间路由器的方把中间路由器的IPIP地址映射到一个物理地址地址映射到一个物理地址地址映射到一个物理地址地址映射到一个物理地址。vv要注意的是，当要通信的两主机要注意的是，当要通信的两主机要注意的是，当要通信的两主机要注意的是，当要通信的两主机A A和和和和B B不在同一不在同一不在同一不在同一网段时，网段时，网段时，网段时，A A只向下一跳的路由
37、器发送只向下一跳的路由器发送只向下一跳的路由器发送只向下一跳的路由器发送ARPARP请求，请求，请求，请求，而不是直接向而不是直接向而不是直接向而不是直接向B B发送。发送。发送。发送。0120219IP 网络是虚拟网络网络是虚拟网络vvIP 网络是虚拟的。在网络是虚拟的。在 IP 网络上传送的是网络上传送的是 IP数据报（数据报（IP 分组分组）。）。vv实际上在网络链路上传送的是实际上在网络链路上传送的是“帧帧”，使，使用的是帧的硬件地址（用的是帧的硬件地址（MAC 地址）。地址）。vv地址解析协议地址解析协议 ARP 用来把用来把 IP 地址（虚拟地址（虚拟地址）转换为硬件地址（物理地址
38、）。地址）转换为硬件地址（物理地址）。vv下面的图说明下面的图说明IP 网络是虚拟网络网络是虚拟网络0120220HA1HA5HA4HA3HA6主机主机 H1主机主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2从 IP1 到 IP2从 IP1 到 IP2从 IP1 到 IP2从从从从 HA HA1 1 到到到到 HA HA3 3IP 数据报IP 地址硬件地址从从 HA4 到到 HA5从从 HA6 到到 HA2MAC 帧MAC 帧MAC 帧0120221
39、ARP实现实现vv发送分组时，给定一个目的站的发送分组时，给定一个目的站的发送分组时，给定一个目的站的发送分组时，给定一个目的站的IPIP地址，软件查地址，软件查地址，软件查地址，软件查询它的询它的询它的询它的ARPARP缓存，若有则提取该物理地址，把数缓存，若有则提取该物理地址，把数缓存，若有则提取该物理地址，把数缓存，若有则提取该物理地址，把数据放到使用该地址的帧中，并发送该针；若没有，据放到使用该地址的帧中，并发送该针；若没有，据放到使用该地址的帧中，并发送该针；若没有，据放到使用该地址的帧中，并发送该针；若没有，则软件必须广播一个则软件必须广播一个则软件必须广播一个则软件必须广播一个A
40、RPARP请求并等待应答。请求并等待应答。请求并等待应答。请求并等待应答。vv广播广播广播广播ARPARP请求来找到地址映射时，可能出现的情请求来找到地址映射时，可能出现的情请求来找到地址映射时，可能出现的情请求来找到地址映射时，可能出现的情况：况：况：况：目标主机可能下网目标主机可能下网目标主机可能下网目标主机可能下网 ARPARP广播可能丢失广播可能丢失广播可能丢失广播可能丢失 应用程序产生的对同一地址的其他应用程序产生的对同一地址的其他应用程序产生的对同一地址的其他应用程序产生的对同一地址的其他ARPARP请求请求请求请求 请求成功后，请求成功后，请求成功后，请求成功后，B B出现故障出
41、现故障出现故障出现故障保存分组，一旦地址转换成功立即发送避免多次广播绑定表在固定时间后清除表项0120222ARP实现实现vv当当当当ARPARP分组到达时，软件首先提取发送方的分组到达时，软件首先提取发送方的分组到达时，软件首先提取发送方的分组到达时，软件首先提取发送方的IPIP地地地地址和物理地址，并检查本地的高速缓存，看是否址和物理地址，并检查本地的高速缓存，看是否址和物理地址，并检查本地的高速缓存，看是否址和物理地址，并检查本地的高速缓存，看是否有该表项，若有，则用新的物理地址覆盖缓存中有该表项，若有，则用新的物理地址覆盖缓存中有该表项，若有，则用新的物理地址覆盖缓存中有该表项，若有，
42、则用新的物理地址覆盖缓存中的地址；若没有，则把这个地址添加到缓存中。的地址；若没有，则把这个地址添加到缓存中。的地址；若没有，则把这个地址添加到缓存中。的地址；若没有，则把这个地址添加到缓存中。vv如果到达的是一个如果到达的是一个如果到达的是一个如果到达的是一个ARPARP请求，则接收方要查看自请求，则接收方要查看自请求，则接收方要查看自请求，则接收方要查看自己是否是请求的目标。若是则己是否是请求的目标。若是则己是否是请求的目标。若是则己是否是请求的目标。若是则ARPARP软件用本机的软件用本机的软件用本机的软件用本机的物理地址形成应答，直接发给请求方。若不是则物理地址形成应答，直接发给请求方
43、。若不是则物理地址形成应答，直接发给请求方。若不是则物理地址形成应答，直接发给请求方。若不是则忽略该分组。忽略该分组。忽略该分组。忽略该分组。vv如果到达的是一个如果到达的是一个如果到达的是一个如果到达的是一个ARPARP应答，则更新或创建该高应答，则更新或创建该高应答，则更新或创建该高应答，则更新或创建该高速缓存表项。若是先前发出请求的应答，则开始速缓存表项。若是先前发出请求的应答，则开始速缓存表项。若是先前发出请求的应答，则开始速缓存表项。若是先前发出请求的应答，则开始发送分组；若以前没有发出应答中的发送分组；若以前没有发出应答中的发送分组；若以前没有发出应答中的发送分组；若以前没有发出应
44、答中的IPIP地址请求地址请求地址请求地址请求则更新表象后，停止处理分组。则更新表象后，停止处理分组。则更新表象后，停止处理分组。则更新表象后，停止处理分组。0120223ARP的封装与标识的封装与标识vv当当ARP报文从一台机器传输到另一台机器报文从一台机器传输到另一台机器时，必须放入物理帧中。为了识别携带时，必须放入物理帧中。为了识别携带ARP报文的帧，发送方给帧首部的类型字报文的帧，发送方给帧首部的类型字段分配了一个特殊节值，并把段分配了一个特殊节值，并把ARP报文放报文放在该帧的数据字段中。当每一帧到达计算在该帧的数据字段中。当每一帧到达计算机时，网络软件通过帧类型确定其内容。机时，网
45、络软件通过帧类型确定其内容。在以太网中，携带在以太网中，携带ARP报文的帧类型字段报文的帧类型字段是是0806H。接收方的网络软件必须进一步。接收方的网络软件必须进一步区分区分ARP请求和应答。请求报文是广播发请求和应答。请求报文是广播发送，应答报文是单播发送。送，应答报文是单播发送。前同步码前同步码前同步码前同步码 目的地址目的地址目的地址目的地址源地址源地址源地址源地址帧类型帧类型帧类型帧类型0806H0806H数据区数据区数据区数据区CRCCRC8 8字节字节字节字节6 6字节字节字节字节6 6字节字节字节字节2 2字节字节字节字节2828字节字节字节字节4 4字节字节字节字节ARPAR
46、PARPARP请求或应答分组请求或应答分组请求或应答分组请求或应答分组0120224ARP的协议格式的协议格式0 16 310 16 31硬件类型硬件类型硬件类型硬件类型协议类型协议类型协议类型协议类型硬件地址长度硬件地址长度硬件地址长度硬件地址长度 协议地址长度协议地址长度协议地址长度协议地址长度操作（请求操作（请求操作（请求操作（请求1 1，应答，应答，应答，应答2 2）发送方硬件地址发送方硬件地址发送方硬件地址发送方硬件地址(03)(03)发送方硬件地址发送方硬件地址发送方硬件地址发送方硬件地址(45)(45)发送方发送方发送方发送方IPIP地址地址地址地址(01)(01)发送方发送方发
47、送方发送方IPIP地址地址地址地址(23)(23)目标硬件地址目标硬件地址目标硬件地址目标硬件地址(01)(01)目标硬件地址目标硬件地址目标硬件地址目标硬件地址(25)(25)目标目标目标目标IPIP地址地址地址地址(03)(03)0120225vv硬件类型硬件类型硬件类型硬件类型：1616位，运行位，运行位，运行位，运行ARPARP的网络类型。每一种的网络类型。每一种的网络类型。每一种的网络类型。每一种局域网基于其类型给指派一个整数。以太网类型局域网基于其类型给指派一个整数。以太网类型局域网基于其类型给指派一个整数。以太网类型局域网基于其类型给指派一个整数。以太网类型值为值为值为值为“1”
48、“1”。vv协议类型协议类型协议类型协议类型：1616位，指明发送方提供的高层协议类位，指明发送方提供的高层协议类位，指明发送方提供的高层协议类位，指明发送方提供的高层协议类型。对型。对型。对型。对IPv4IPv4，值为，值为，值为，值为0800H0800H。vv硬件地址长度硬件地址长度硬件地址长度硬件地址长度和和和和协议地址长度协议地址长度协议地址长度协议地址长度：各：各：各：各8 8位，用来定位，用来定位，用来定位，用来定义以字节为单位的物理地址和协议地址的长度。义以字节为单位的物理地址和协议地址的长度。义以字节为单位的物理地址和协议地址的长度。义以字节为单位的物理地址和协议地址的长度。允
49、许允许允许允许ARPARP用在任何网络中。用在任何网络中。用在任何网络中。用在任何网络中。vv操作操作操作操作：指明是：指明是：指明是：指明是ARPARP请求（请求（请求（请求（1 1）、）、）、）、ARPARP响应（响应（响应（响应（2 2）、）、）、）、RARPRARP请求（请求（请求（请求（3 3）、）、）、）、RARPRARP响应（响应（响应（响应（4 4）。）。）。）。vv发送方硬件地址和协议地址发送方硬件地址和协议地址发送方硬件地址和协议地址发送方硬件地址和协议地址：填入发送方地址。：填入发送方地址。：填入发送方地址。：填入发送方地址。vv目标硬件地址和协议地址目标硬件地址和协议地
50、址目标硬件地址和协议地址目标硬件地址和协议地址：填入发送方地址。对：填入发送方地址。对：填入发送方地址。对：填入发送方地址。对于于于于ARPARP请求，目标硬件地址为请求，目标硬件地址为请求，目标硬件地址为请求，目标硬件地址为0 0。0120226本节小结本节小结vvIP地址的分配独立于机器的物理地址。地址的分配独立于机器的物理地址。vv要发送分组，必须把要发送分组，必须把IP地址映射到物理地地址映射到物理地址，利用硬件地址传输数据帧。址，利用硬件地址传输数据帧。vvARP用底层网络通信系统完成动态地址转用底层网络通信系统完成动态地址转换。换。ARP允许机器转换地址而不必保存绑允许机器转换地址