网络层:ARP协议与IP数据报结构图解

Posted 2021-06-27 issue是fw

引子

在数据链路层使用$\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{C}$地址进行寻址,然而这只适用于同一个网络.

处于不同网络的物理地址转化起来极其复杂,于是在网络层出现了新的地址—$\mathrm{I}\mathrm{P}$地址

每台主机用于全世界唯一的$\mathrm{I}\mathrm{P}$地址,就好像全世界处于一个网络一样

然而由于实际传输时还是需要使用$\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{C}$地址,所以需要有一种根据$\mathrm{I}\mathrm{P}$地址映射$\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{C}$地址的方法,这就是$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$协议

这样路由器就能轻松在不同网络之间充当中继的角色

$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$协议

作用:从网络层使用$IP$的地址解析出在数据链路层使用的硬件地址,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

不管网络层用什么协议,在链路上传送数据帧时,最终还是必须使用硬件地址

每个主机设有一个$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$高速缓存，里面有所在局域网上的各主机和路由器$IP$地址到硬件地址的映射表

Ⅱ.当主机$A$向本局域网上某个主机$B$发送$IP$数据报,先在$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$高速缓存中查看有无主机$B$的$IP$地址

若有,即可查出对应的硬件地址,将其地址写入$\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{C}$帧

若没有,$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$进程在本局域网上广播一个$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$请求分组(其中包括自己的$IP$地址和物理地址).收到$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$响应分组后(通常由目的主机相应),将得到的$IP$地址到硬件地址的映射写入$\mathrm{A}\mathrm{R}\mathrm{P}$高速缓存

分片

由于数据报太大,不允许传输,需要分成若干个小的数据包.

原始数据报首部被复制为各数据报片段的首部,但必须修改有关字段的值

分片后的$DF=0$(毕竟自己就是被分片出来的),$MF$根据该分片是否为最后一个分片来修改

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首部长度:占$4$位,可以表示最大数值为$15$个单位(一单位$4$字节),因此$IP$首部长度最大为$60$字节.其中$IP$数据包固定长度为$20$字节,所以供选择的有$40$字节

区分服务:占$8$位,用于获取更好的服务(优先级),基本用不上

总长度:占$16$位,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据包的最大长度为$65535$

标识:占$16$位,是一个计数器,用于产生$IP$数据报的标识

标志:占$3$位,目前只有前两位有意义.

标志位第一位$MF=1$表示后面"还有分片",$MF=0$表示最后一个分片.

第二位是$DF=0$允许分片,$DF=1$不允许分片(分片是把大数据包分成小的)

片偏移:占$13$位,较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置(也就是前面的分片有多长)

生存时间($\mathrm{T}\mathrm{T}\mathrm{L}$):占$8$位,指示数据报在网络可通过的路由器数的最大值,每经过一个路由器就会减$1$

协议:占$8$位,指出次数据报携带的数据使用何种协议,以便目的主机的$IP$层将数据部分上交的过程

首部检验和:占$16$位,只检验数据包的首部而不检查数据部分.

源地址,目的地址:分别占$4$字节