1、ARP、RARP协议基础知识,引言 什么是ARP ARP工作原理 ARP高速缓存 ARP实用命令 ARP高速缓存-解析实例 什么是RARP，及其分组格式、工作原理,引言,在链路层上，主机和路由器用它们的物理地址来标志，即48 bit物理地址。物理地址是本地地址，在本地范围内是唯一的，但是在全局上不一定，它通常用硬件实现。 在网络层上，主机和路由器用逻辑地址来标志，逻辑地址在互联网全局上是唯一的。在TCP/IP协议族中称为IP地址，长度是32位(IPv4)。,引言,在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。而在TCP/IP协议栈中，网络
2、层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP协议时，数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。因此需要能够将逻辑地址和相应的物理地址之间进行映射。完成这样的映射可使用静态映射和动态映射。,引言,静态映射：创建一个表，存储逻辑地址和物理地址的关联关系。然后将网络上的每个主机都存储这个表。缺点是映射表必须周期的更新，增加了网络的开销 动态映射：地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP,ARP，Address Resolution Protocol即地址解析协议，实现通过IP地址得知其物理地址。在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32
3、位的IP地址，这种互联网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网路上传送，必须知道对方目的主机的物理地址。这样就存在把IP地址变换成物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例，为了正确地向目的主机传送报文，必须把目的主机的32位IP地址转换成为48位以太网的地址。这就需要在互连层有一组服务将IP地址转换为相应物理地址，这组协议就是ARP协议。 Arp只有两种封包：arp request和arp reply,ARP-工作原理,每台主机或路由器都有一个ARP缓存表，用来保存IP地址与MAC地址的对应关系。 以主机A（192.168.1.5）向主机B（192.168.1.1）发送数据
4、为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可以了；,ARP-工作原理,如果在ARP缓存表中没有找到目标IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播arp request，请求包中包含了A主机的ip地址和mac地址。 网络上其他主机并不响应ARP询问，直接丢弃，只有主机B接收到这个帧时，才以单播方式向主机A做出回应arp reply，并带上自己的ip和mac地址，而B主机收到A的请求包时也会将A主机的IP与MAC对应关系保存在自己的缓存区,ARP-工作原理,A收到B的回应包后便可得知B的MAC地
5、址，将其存入ARP缓存。此后A再向B发送数据时，就可以直接从缓存表中查找B的地址了，然后直接把数据发送给B。 由于B在接收A的请求时也保存了A的地址信息，因此B要向A发送数据也可以直接从缓存表中查找。 ARP缓存表设置了生存时间TTL，在一段时间内（一般15到20分钟，跟操作系统有关）如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。,ARP工作原理,ARP的操作示意图,ARP-分组格式,ARP 分组格式 硬件类型：16bit，定义网络类型。以太网是类型 1，取值0x0001。 协议类型： 16bit，定义协议类型。对应IPv4协议，值为 0x0800。
6、硬件长度：8bit，定义以字节为单位的物理（硬件）地址长度，即n的值。以太网是6。 协议长度：8bit，定义以字节为单位的逻辑（协议）地址长度，即m的值。IPv4的值为4。 操作码：16bit，定义分组的类型。ARP请求为0x0001， ARP应答为0x0002。 RARP请求为0x0003， RARP应答为0x0004。,ARP-分组格式,发送方硬件地址、发送方协议地址、目的硬件地址和目的协议地址:它们是可变长度字段。源和目的硬件地址对应以太网都是48位地址。源和目的协议地址对应IPv4协议是32位地址。,ARP-分组格式,问题：对于ARP请求报文，目的硬件地址填充什么值？,对于一个 ARP
7、 请求来说，除目的硬件地址外的所有其他字段都有填充值。当系统收到一份目的为本机的ARP 请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个发送端地址分别替换两个目的地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。,思考：各字段的填充值是什么？,ARP-封装,ARP/RARP分组直接封装在链路帧中,ARP高速缓存,问题：发送端往往有多个IP数据报发送到同一个目的端。如果对发送到同一个主机或路由器的每一个数据报都使用ARP，势必会带来较大的开销。广播ARP请求不仅要耗费带宽，而且使得本地网络中的每台主机都要处理该广播帧，或忽略或给出响应帧。 。,ARP高速缓存,可以使用ARP高速缓存表解决这个问题。 每个主
8、机或路由器上都有一个 ARP 高速缓存表。这个高速缓存表存放最近 Internet 地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存表中每一项的生存时间有限，起始时间从被创建时开始算起。,ARP高速缓存,UDP,TCP,IP,ICMP,IGMP,ARP,B,C,A,2,1,4,6,5,1. ARP cache is checked 2. ARP request is sent 3. ARP entry is added 4. ARP reply is sent 5. ARP entry is added 6. IP packet is sent,3,Ethernet,ARP高速缓存,按照缺省设置，ARP
9、高速缓存中的项目是动态的，每当发送一个指定地点的数据报且高速缓存中不存在当前项目时，ARP便会自动添加该项目ARP高速缓存中地址映射表项的超时问题：由于IP地址与物理地址的映射关系可能因网络接口或IP地址的变化而发生变化，对于ARP高速缓存中地址映射表项都存在一个过时的问题。一旦高速缓存的项目被输入，它们就已经开始走向失效状态。解决：给ARP高速缓存中的每一个表项设置一个超时值，使得每个地址映射表项都有一个生命期。例如，在Windows NT网络中，如果输入项目后不进一步使用，物理/IP地址对就会在2至10分钟内失效。因此，如果ARP高速缓存中项目很少或根本没有时，是正常的。,ARP高速缓存,
10、静态ARP表项一种控制地址映射表项超时值的方法是在ARP 高速缓存中创建一个静态表项。静态表项是永不超时的地址映射表项。静态表项主要用在一台主机经常向另一台主机发送ARP请求的情况下，为了提高效率，减少不必要的开销。,静态表项也有可能发生变化： 使用arp实用程序可以人工删除静态表项。 重新启动主机也会使静态表项丢失。 动态表项与静态表项冲突时，以动态表项为准,问题：静态表项是固定不变的吗?,ARP实用命令,可以通过arp命令查看、添加和删除高速缓存中的内容。 ARP命令 arp命令可以显示、添加和删除arp内容。在windows和unix系统中都有这个命令。arp -a inet_addr
11、显示地址映射表项， 为可选项。arp -g inet_addr 功能与arp -a inet_addr相同。arp -d inet_addr 删除由inet_addr所指定的表项。arp -d * 删除所有表项arp -s inet_addr phys_addr 增加由inet_addr和phys_addr 指定的静态表项。arp /? 显示帮助,说明： 1、使用ARP命令查看高速缓存内容前最好先ping 此台主机或路由器。 2、为了能抓到ARP协议包，最好在命令行中运行arp d 清除arp缓存。,Arp -a,Arp a inet_addr,Arp d inet_addr/*,Arp s
12、inet_addr phy_addr,ARP高速缓存解析实例（同一网络）,ARP高速缓存解析实例（不同网络）,假设一台IP地址为172.16.1.9，子网掩码为255.255.255.0的客户机希望向IP地址为 172.16.2.5的主机发送IP数据报。 当主机A要向主机B传输数据报时，TCP/IP软件会利用子网掩码确定主机B位于远程子网上。,ARP高速缓存解析实例（不同网络）,假设一台IP地址为172.16.1.9，子网掩码为255.255.255.0的客户机希望向IP地址为 172.16.2.5的主机发送IP数据报。,ARP高速缓存解析实例（不同网络）,假设一台IP地址为172.16.1.
13、9，子网掩码为255.255.255.0的客户机希望向IP地址为 172.16.2.5的主机发送IP数据报。,什么是RARP,RARP：Reverse Address Resolution Protocol 反向地址转换协议就是将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址，比如局域网中有一台主机只知道物理地址而不知道IP地址，那么可以通过RARP协议发出征求自身IP地址的广播请求，然后由RARP服务器负责回答。 RARP协议广泛用于获取无盘工作站的IP地址。,RARP分组格式,RARP的分组格式与ARP完全一样，仅仅是操作字段是3（ RARP 请求）或者4（RARP应答）。,RARP工作原理,给主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址； 本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址； 如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用； 如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应； 源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。,
