计网——24 IP和ARP，RARP

网络层的两种服务

虚电路服务(可靠性由网络保证)和数据报服务(可靠性由用户主机保证)

网际协议

1. 地址解析协议ARP和逆地址解析协议(RARP)：位于IP协议之下，IP使用这两个协议解析到物理地址

2. 网际控制报文协议(ICMP)和网际组管理协议(IGMP)：位于IP协议之上，使用IP协议

注意：
应用层协议：HTTP，FTP，SMTP；运输层协议TCP，UDP

各个层的中间设备

1. 物理层使用的中间设备叫转发器(repeater)
2. 数据链路层使用的中间设备叫网桥或者桥接器(bridge)
3. 网络层使用的中间设备叫路由器(router)
4. 网络层以上使用的中间设备叫网关(gateway)

IP协议

IP地址=网络号net_id+主机号host_id，用点分十进制(每八位转换成十进制)表示

IP分类

(1)A类：1字节网络号+3字节主机号，网络号最高为为0，地址范围：1.0.0.0～126.255.255.255，最大主机数为2^24-2=16777214个。
(2)B类：2字节网络号+2字节主机号，网络号前两位为10，地址范围：128.1.0.0~191.255.255.255，最大主机数为2^16-2=65534个
(3)C类：3字节网络号+1字节主机号，网络号前三位为110，地址范围：192.0.1.0～223.255.255.255，最大主机数为2^8-2=254个
(4)D类：多播地址，1110开始
(5)E类：保留地址，1111开始
一般不使用的特殊地址：(网络号为0代表本网络，主机号全0代表本主机，全1代表所有主机)

IP的特点

1. 分级结构的好处：分配时只需分配网络号，主机号由用户单位自己分配；路由表根据主机号转发分组，减小了路由表所占空间以及查找路由表的时间
2. 连接的网络不同IP也不同，同时连多个网络的主机称为多属性主机。一个路由器至少要连接两个不同的网络(内网和外网)，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址
3. 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为他们的网络号相同
4. 所有分配到网络号的网络都是平等的

IP地址和物理地址

1. IP地址时放在IP数据报的首部，MAC地址放在MAC帧的首部
2. 在网络层和网络层以上使用IP地址，在数据链路层及以下使用MAC硬件地址
3. MAC帧里面看不到IP地址，被封装起来了。

ARP和RARP协议

ARP工作流程：
A以广播方式发送ARP请求(需要得到B的硬件地址)，B收到请求之后以单播方式给A发送ARP响应，此时B把A的IP地址和MAC地址存在高速ARP缓存内以便下一次发送，A收到B的响应之后，也在自己的ARP缓存中写入B的IP地址和MAC地址映射。

1. 高速ARP缓存：映射地址都有一定的生存周期,超过就直接丢弃。
2. ARP是解决同一局域网上的主机和路由器的IP地址和路由器地址的映射问题。如果所找的主机不在局域网内，那么就需要通过ARP找到位于局域网内的一个路由器的硬件地址，然后把分组数据传给路由器，路由器再把分组传给下一个网络。

IP数据报的格式

IP数据报的组成：首部(20字节)+数据部分
(1) 版本号：IP协议的版本
(2) 首部长度：常用首部长度为20个字节
(3) 区分服务：一般不使用这个字段
(4) 数据报总长度：首部和数据之和，占16位，表示最大长度为65535字节,由于MTU限制，一般不超过1500字节。另外数据报的总长度不是指未分片前的数据报总长度，而是指分片后的每一片的首部+数据的长度
(5) 标识：标识字段由计数器产生，每产生一个数据报就加1，数据报分片后标识段也被复制到各个分片中，以便重装成原来的数据报。
(6) 标志：三位，最低位记为MF，MF=1代表还有分片，反之则没有；中间一位记为DF，DF=1代表不允许分片，反之则允许分片
(7) 片偏移：分片后的该片在原分组中的相对位置。单位为8个字节，分片的长度都是8自己的倍数；
(9) 生存时间(TTL)：数据报在网络中的寿命。防止无法交付的数据报无限制地在网络中兜圈子。每经过一个路由器，TTL就减去数据报在该路由器中消耗的时间，TTL为0就丢弃该报。
(10) 协议：指携带的数据时何种协议。常用协议字段：1-ICMP，2-IGMP，6-TCP，8-EGP，17-UDP，41-IPv6等等
(11) 首部检验和：反码算术运算，即发送端首部检验和为全0，所有首部和相加取反得到接收端检验和，接收端判断首部和的反码是否为0，为0则保留，不为0则抛弃。
(12)源地址和目的地址：每个占32位，IP地址。

使用子网的分组转发

(IP地址 AND 子网掩码 = 网络地址)

1. 从数据报中提取目的主机的IP地址D
2. 先判断能不能直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位相与，看结果是否和相应的网络地址匹配，若匹配则直接交付；否则为间接交付，执行3
3. 若路由表中有目的地址D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表的下一跳路由器；否则,执行4
4. 对路由表中的每一行(目的地址，子网掩码，下一跳地址)，用其中的子网掩码和D逐位相与，得到网络地址N，若与该行的目的网络地址匹配，则传给下一跳地址，否则，执行5
5. 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由，否则，执行6
6. 报告转发分组出错。