目錄

一、網(wǎng)絡層的任務和服務

1、分組轉發(fā)

2、路由選擇

二、ARP協(xié)議原理

1、目標物理地址在ARP Cache中

2、目標物理地址不在ARP高速緩存中

三、ARP的4種典型情況

一、網(wǎng)絡層的任務和服務

計算機網(wǎng)絡的學習已經(jīng)到網(wǎng)絡層部分了，從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，逐漸接近五層協(xié)議結構的上層。

網(wǎng)絡層是數(shù)據(jù)鏈路層的上一層，它的工作任務，也是核心功能，一共有兩個：分組轉發(fā)和路由選擇。

1、分組轉發(fā)

網(wǎng)絡層的主要任務就是將分組從源主機傳送到目的主機，最核心的設備無非就是路由器了。路由器維護了一個轉發(fā)表，在轉發(fā)分組時候，根據(jù)分組數(shù)據(jù)的首部標識在轉發(fā)表中查詢，然后轉發(fā)到目標地址。

2、路由選擇

當分組從發(fā)送方傳送到接收方，網(wǎng)絡層需要決定這些分組要走的路徑，這就是路由選擇(Routing)。路由選擇的結果就是生成轉發(fā)表。

路由選擇的方式包括：集中式、分布式。分布式自動路由選擇需要在路由器上運行路由選擇協(xié)議，互相交換路由信息并計算路由。實際上，該過程直接生成的是路由表，再生成轉發(fā)表。

在網(wǎng)絡層，提供了面向連接和無連接的服務。

面向連接服務的網(wǎng)絡成為虛電路網(wǎng)絡;無連接服務的網(wǎng)絡成為數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡。

虛電路網(wǎng)絡的特點

可靠的通信由網(wǎng)絡來保證; 終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號; 屬于同一條虛電路的分組均按照同一個路由進行轉發(fā)，按發(fā)送順序到達終點; 所有通過故障結點的虛電路都不能工作; 容易實現(xiàn)，可以將通信資源提前分配給每一條虛電路。

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡的特點

可靠通信由用戶保證; 每個分組都有完整的終點地址，達到終點可能不按順序; 每個分組獨立選擇路由進行轉發(fā); 出故障的結點可能丟失分組，路由可能發(fā)生變化; 很難實現(xiàn)。

二、ARP協(xié)議原理

網(wǎng)絡層中重要的協(xié)議：IP協(xié)議，是TCP/IP體系中最重要的協(xié)議之一。

IP協(xié)議配套的4個協(xié)議是：地址解析協(xié)議(ARP)、逆地址解析協(xié)議(RARP)、網(wǎng)際控制報文協(xié)議(ICMP)、網(wǎng)際組管理協(xié)議(IGMP)。

 

 

ARP和RARP協(xié)議解決了已知目標IP地址，需要獲得對應的物理地址;和反過程，已知目標物理地址，需要獲得相應的IP地址。

RARP協(xié)議現(xiàn)在已經(jīng)沒有單獨使用，DHCP協(xié)議中已經(jīng)包含RARP協(xié)議的功能。

這里我主要記錄一下ARP工作過程。

在支持廣播的局域網(wǎng)中可以使用ARP協(xié)議解決IP地址和物理地址的動態(tài)映射關系問題。方法：每臺主機都有ARP高速緩存，在其中存放了一個IP地址-物理地址的映射表，并且不斷動態(tài)更新。

 

 

ARP工作過程，我的總結如下：

1、目標物理地址在ARP Cache中

當A主機要發(fā)送IP數(shù)據(jù)報給同一局域網(wǎng)的主機B，A主機查詢自己的ARP Cache，發(fā)現(xiàn)存在B的IP地址和物理地址映射條目，因此就把MAC地址寫入MAC幀通過局域網(wǎng)發(fā)送到B的物理地址。

2、目標物理地址不在ARP高速緩存中

(1)第一步，A主機的ARP進程在局域網(wǎng)內(nèi)部發(fā)送一個廣播ARP請求分組，該分組封裝在數(shù)據(jù)鏈路層的廣播幀中。主要內(nèi)容是：我的IP地址是10.1.1.1，MAC地址00-00-25-AB-EE-9C，我想知道IP地址為10.1.1.2的MAC地址。

(2)第二步，局域網(wǎng)內(nèi)部的所有主機上的ARP進程都會收到這個ARP請求分組。

(3)第三步，主機B發(fā)現(xiàn)ARP請求分組中的IP地址和自己的匹配，立即向A主機發(fā)送響應分組，寫入自己的MAC地址，主要內(nèi)容是：我的IP地址是10.1.1.2，MAC地址00-ED-00-AB-24-9C。此時的響應分組是數(shù)據(jù)鏈路層單播，因為只從源地址發(fā)送給目標地址A主機。

(4)最后，主機A收到主機B的ARP響應分組，就在自己的ARP高速緩存中寫入B的IP地址-MAC地址映射。

在這個過程完成了主機A對主機B的MAC地址信息的獲取，當然，主機B會把主機A的IP地址-MAC地址寫入自己的Cache，方便之后可能的通信，不用發(fā)送ARP廣播，減少網(wǎng)絡的通信量。

看到這里，我們會發(fā)現(xiàn)前提是在同一局域網(wǎng)下主機之間的數(shù)據(jù)傳送，在不用局域網(wǎng)中，主機A發(fā)送的廣播不會被主機B接收到，因此，需要通過路由器對主機A的請求進行轉發(fā)，再繼續(xù)上面的ARP工作過程。

三、ARP的4種典型情況

發(fā)送方是主機，IP數(shù)據(jù)報要發(fā)送到本網(wǎng)絡的另一個主機，這時用ARP找到目的物理地址。

發(fā)送方是主機，IP數(shù)據(jù)報要發(fā)送到另一局域網(wǎng)的一個主機，這是ARP先找到局域網(wǎng)中的一個路由器，剩下工作由路由器完成。

發(fā)送方是路由器，IP數(shù)據(jù)報要發(fā)送到本網(wǎng)絡的另一個主機，這時用ARP找到目的物理地址。

發(fā)送方是路由器，IP數(shù)據(jù)報要發(fā)送到另一局域網(wǎng)的一個主機，這是ARP先找到局域網(wǎng)中的另一個路由器，剩下工作由這個路由器完成。

這樣，通過多次使用ARP，實現(xiàn)全網(wǎng)的通信。

ARP的產(chǎn)生當然有它的優(yōu)勢所在，全世界存在大量不同的網(wǎng)絡，它們使用不同形式的物理地址，這些異構網(wǎng)絡要互相通信，統(tǒng)一的IP地址格式加上ARP地址解析協(xié)議解決了這個問題，ARP的實現(xiàn)過程是計算機軟件自動進行的，用戶并未感知到。

網(wǎng)絡層的部分其實還有許多內(nèi)容，IP數(shù)據(jù)報、ICMP協(xié)議等，為了保證博文合適的長度和質(zhì)量，準備在接下來進行記錄網(wǎng)絡層的學習內(nèi)容。