ARP协议

同一网络中，A->B的IP数据报传输过程
B 交换机
路由器
hub
hub
A
hub
B
在A主机的网络层运行的IP进程， 封装IP数据报 网络层
IP.B
如果B是在本网络中，运行ARP,由IP得到MAC地址；
MAC.B 交给数据链路层，封装MAC帧； … IP.B …
交给物理层，转换成信号，发送出去； B主机就能接收到该MAC帧，得到A交付的IP数据报
④输入模块
ARP设计（续）
等待到ARP分组到达,工作流程如下:
输入模块 1.睡眠，直到ARP分组（请求或应答）到达。 2.检查高速缓存表，寻找对应于这个ARP分组(源IP、源物理地址)的项目。 3.若（找到） （1）若（状态是PENDING） ①更新项目。 ②当队列非空时 将分组从队列中取出，连同硬件地址一起发给数据链路层。 （2）若（状态是RESOLVED） 更新项目（包括硬件地址和超时字段） 4.若（未找到） （1）创建一个项目。 （2）将此项目放入高速缓存表中。 5.若（分组是一个请求且本机负责应答） 单播发送对应ARP应答报文。 6.返回
四、逆地址解析协议 RARP
• 逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件 地址的主机能够知道其 IP 地址。 • 这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP 协议目前已很少使用。
五 ARP设计
ARP软件包由5个构件组成：
– – – – – 高速缓存表 队列 输出模块 输入模块 高速缓存控制模块
209.0.0.6
Y
B 08-00-2B-00-EE-0A
Z
地址解析协议 (ARP协议）：
功能：就是把IP地址解析成你的MAC地址
<1>：首先，ARP高级缓存，存放：IP<--MAC
IP.C IP.D MAC.C MAC.D
<2>：如果没有，运行ARP进程。工作过程：
1) A的ARP进程广播发送ARP请求分组
三、为什么我们不直接 使用硬件地址进行通信？
• 由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同 的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必 须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是 不可能的事。 • 连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之 间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便， 因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地 址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看 不见这种调用过程的。
ARP设计（续）
②队列 用于在ARP试图解析硬件地址时保留待 发的IP分组。输出模块将未解析的分组 发送到相应的队列中。输入模块从一个 队列中取出分组并将解析出的物理地址 一起发送给数据链路层来传输。 ③输出模块
ARP设计（续）
从IP软件等待IP分组,工作流程如下：
输出模块 1.睡眠，直到从IP软件收到分组。 2.检查高速缓存表，寻找对应于这个IP的项目。 3.若（找到） （1）若（状态是RESOLVED） ①从项目中提取硬件地址。 ②将分组连同硬件地址一起发给数据链路层。 ③返回。 （2）若（状态时PENDING） ①将分组放入相应的队列。 ②返回 4.若（未找到） （1）创建一个队列。 （2）将分组放入该队列。 （3）创建一个高速缓存项目，状态为PENDING且尝试ATTEMPTS置为1。 （4）广播发送ARP请求。 5.返回
ARP设计（续）
11. ARP举例 12. 设ARP超时时间为900，每隔一分钟高速缓存控制模块将 已解析项目超时值减去60。ARP高速缓存表初始如下:
状态 R P 队列 5 2 2 尝试 超时 900 协议地址 180.3.6.1 129.34.4.8 硬件地址 ACAE32457342
P
R P
ARP 请求
209.0.0.5 A
ARP 请求
ARP 请求
209.0.0.6
X
Y
B
Z
00-00-C0-15-AD-18
主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组
我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A ARP 响应
X
209.0.0.5 A 00-00-C0-15-AD-18
14
8 12 9 18
5
450 1 60 3
201.11.56.7
114.5.7.89 220.55.5.7 19.1.7.82 188.11.8.71 4573E3242ACA 457342ACAE32
F
R P
ARP设计（续）
问：
①ARP输出模块收到一个IP数据报（从IP层），其目的地 址为114.5.7.89，ARP将如何操作，并给出修改后地高 速缓存表？ ②ARP输出模块收到一个IP数据报（从IP层），其目的地 址为116.1.7.22，ARP将如何操作，并给出修改后地高 速缓存表？ ③ARP输入模块收到一个ARP应答分组，其源协议地址为 188.11.8.71、源物理地址为E34573242ACA ，ARP将如 何操作，并给出修改后地高速缓存表？ ④1分钟后，高速缓存控制模块更新每一个项目，更新后的 高速缓存表每个项目值是多少？
ARP设计（续）
⑤高速缓存控制模块 负责维持高速缓存表，周期性地检查高速缓存 表。
高速缓存控制模块 1.睡眠，直到周期性地计时器到时间。 2.对高速缓存表中的每个项目 （1）若（状态是FREE） 继续 （2）若（状态是PENDING） ①将尝试值加1。 ②若（尝试大于最大值） 将状态改变为FREE撤销相应的队列。 ③若（不是） 重新发送ARP请求 ④继续 （3）若（状态是RESOLVED） ①将超时字段减去已经过的时间。 ②若（超时字段小于等于零） 将状态改变为FREE撤销相应的队列。 3.返回
子网掩码：255.255.255.0
若 B的IP: 209.100.100.25 若 B的IP: 209.100.200.5 =>A和B在同一个网络内，直接交付 =>A和B不在同一个网络内，间接交付
2.间接交付：主机A把该数据报交给本地路由器
A 间接交付 R B
IP.A → IP.B
MAC.R
…
IP.A → IP.B
<2>：如果没有，运行ARP进程。工作过程：
1) A的ARP进程广播发送ARP请求分组
2) 不是B，不理睬，丢弃
3) B响应，向A发送ARP响应分组 4) 主机A收到，得到MAC.B，写入缓存
主机 A 广播发送 ARP 请求分组
ARP 请求
我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址
– 状态：表示项目的状态。其值为FREE（已超时）、PENDING （已发送请求但未应答）或RESOLVED（已经应答）。 – 硬件类型、协议类型、硬件地址长度、协议地址长度：与ARP 分组中的相应字段相同。 – 接口号：对应路由器的不同接口。 – 队列号：ARP使用不同的队列将等待地址解析的分组进行排队。 发往同一个目的地的分组通常放在同一个队列中。 – 尝试：表示这个项目发送出了多少次的ARP请求。 – 超时：表示一个项目以秒为单位的寿命。 – 硬件地址：目的硬件地址，应答返回前保持为空。 – 协议地址：目的高层协议地址如IP地址。
地址解析协议 (ARP) 和逆地 址解析协议( RARP)
网络层实现的功能就是从主机AB传输IP数据报
A B
B
？问题：怎样把数据报交付给B计算机，现在我们仅知 道B的标识：IP.B IP 数据报 IP.B IP.A
一、先讨论A和B在同一个局域网内情况
在同一个网络内，IP数据报是直接交付 ？问题：A怎样把数据报直接交付给你B主机
2) 不是B，不理睬，丢弃
3) B响应，向A发送ARP响应分组 4) 主机A收到，得到MAC.B，写入缓存
ARP协议应当注意的问题
1. ARP将保存在高速缓存中的每一映射地址项 目都设置生存时间，凡是超过生存时间的 项目就从高速缓存中删掉。 2. 从 IP 地址到硬件地址的解析是自动进行的， 主机的用户对这种地址解析过程是不知道 的。 3. ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由 器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。
六 实践：arp命令的使用
1.arp命令的功能
查看、添加和删除高速缓存区中的ARP表项
2.Windows 2000 ARP高速缓冲区
(1)包含动态和静态表项

动态表项：随时间推移自动添加和删除 静态表项：一直存在，直到人为删除或重新启动
(2)动态表项的计时器：潜在生命周期10min
6.1 显示高速cache中的ARP表
R
到达目的网络 端口 3 网络层： ARP协议 IP.B 数据链路层：
MAC.B MAC.R … IP.A->IP.B IPA → IPB IP数据报
2
1
MAC.B
这样，该IP数据报就最终到达了B主机
A->B的IP数据报传输过程
A 直接交付 间接交付 间接交付 直接交付 B
网络层
在A主机的网络层运行的IP进程， • 首先判断A和B是不是在同一个局域网内 • 是，直接交付，直接交给 B主机（使用ARP协议） • 不是，主机A把该数据报交给本地路由器（ARP） • 中间路由器进行一步步转发，最后到达目的网络 • 目的网络路由器进行直接交付(又使用ARP协议)
6.2 添加ARP静态表项
6.3 删除ARP表项
二、A和B不在同一个网内的情况
不在同一个网络内，要间接交付 ？间接交付
A 间接交付 间接交付 C 直接交付
直接交付 B
1.首先判断A和B是不是在同一个局域网内
IP地址
网络地址
主机地址
子网掩码
111111111111111111111111 00000000
举例：A的IP: 209.100.100.5
ARP设计（续）
IP 分组
ARP
高 速 缓 存 控 制 模 块
输出模块
高速缓存表
队列
输入模块
ARP 分组 （请求）
Fra Baidu bibliotek
ARP 分组 （请求或应 答）
ARP 分组 （应答）
具有已解析 硬件地址的 IP 分组
ARP 分组 （请求）
具有已解析 硬件地址的 IP 分组
ARP设计（续）
①高速缓存表： 高速缓存表用项目数组来实现，每个项目包括以下字 段：
交换机 路由器 hub
hub
A
hub
B
要在实际的链路上传输，必须遵循链路的帧格式
MAC.B MAC.A … IP.B IP.A …
现在关键的问题： ？ MAC.B
地址解析协议 (ARP协议）：
功能：就是把IP地址解析成你的MAC地址
<1>：首先，ARP高级缓存，存放：IP<--MAC
IP.C IP.D MAC.C MAC.D
…
IP.R
ARP协议（ARP缓存、ARP请求、ARP响应）
MAC.R
3. 路由器进行转发
A 间接交付
R1 帧中继网
B 间接交付
路由表 1 2 … 分组处理 1 2 输入端口 3 交换结构 3 2 输出端口 1 3 转发表 3 2 1
4. 目的网络路由器进行直接交付
A
间接交付
R1
直接交付
B
间接交付