TCP/IP詳解學習筆記(3)-IP協議，ARP協議，RARP協議

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把這三個協議放到一起學習是因為這三個協議處於同一層，ARP協議用來找到目標主機的Ethernet網卡Mac地址，IP則承載要發送的訊息。資料連結層可以從ARP得到資料的傳送資訊，而從IP得到要傳輸的資料資訊。

1.IP協議

IP協議是TCP/IP協議的核心，所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的資料都以IP資料格式傳輸。要注意的是，IP不是可靠的協議，這是說，IP協議沒有提供一種資料未傳達以後的處理機制－－這被認為是上層協議－－TCP或UDP要做的事情。所以這也就出現了TCP是一個可靠的協議，而UDP就沒有那麼可靠的區別。這是後話，暫且不提

1.1.IP協議頭

挨個解釋它是教科書的活計，我感興趣的只是那八位的TTL欄位，還記得這個欄位是做什麼的嗎？這個欄位規定該資料包在穿過多少個路由之後才會被拋棄(這裡就體現出來IP協議包的不可靠性，它不保證資料被送達)，某個ip資料包每穿過一個路由器，該資料包的TTL數值就會減少1，當該資料包的TTL成為零，它就會被自動拋棄。這個欄位的最大值也就是255，也就是說一個協議包也就在路由器裡面穿行255次就會被拋棄了，根據系統的不同，這個數字也不一樣，一般是32或者是64，Tracerouter這個工具就是用這個原理工作的，tranceroute的-m選項要求最大值是255，也就是因為這個TTL在IP協議裡面只有8bit。

現在的ip版本號碼是4，所以也稱作IPv4。現在還有IPv6，而且運用也越來越廣泛了。

1.2.IP路由選擇

當一個IP資料包準備好了的時候，IP資料包（或者說是路由器）是如何將資料包送到目的地的呢？它是怎麼選擇一個合適的路徑來"送貨"的呢？

最特殊的情況是目的主機和主機直連，那麼主機根本不用尋找路由，直接把資料傳遞過去就可以了。至於是怎麼直接傳遞的，這就要靠ARP協議了，後面會講到。

稍微一般一點的情況是，主機通過若干個路由器(router)和目的主機串連。那麼路由器就要通過ip包的資訊來為ip包尋找到一個合適的目標來進行傳遞，比如合適的主機，或者合適的路由。路由器或者主機將會用如下的方式來處理某一個IP資料包

1. 如果IP資料包的TTL（生命週期）以到，則該IP資料包就被拋棄。
2. 搜尋路由表，優先搜尋匹配主機，如果能找到和IP地址完全一致的目標主機，則將該包發向目標主機
3. 搜尋路由表，如果匹配主機失敗，則匹配同子網的路由器，這需要“子網路遮罩(1.3.)”的協助。如果找到路由器，則將該包發向路由器。
4. 搜尋路由表，如果匹配同子網路由器失敗，則匹配同網號（第一章有講解）路由器，如果找到路由器，則將該包發向路由器。
5. 搜尋陸遊表，如果以上都失敗了，就搜尋預設路由，如果預設路由存在，則發包
6. 如果都失敗了，就丟掉這個包。

這再一次證明了，ip包是不可靠的。因為它不保證送達。

1.3.子網定址

IP地址的定義是網路號+主機號。但是現在所有的主機都要求子網編址，也就是說，把主機號在細分成子網號+主機號。最終一個IP地址就成為 網路編號+子網號+主機號。例如一個B類地址：210.30.109.134。一般情況下，這個IP地址的紅色部分就是網路號，而藍色部分就是子網號，綠色部分就是主機號。至於有多少位代表子網號這個問題上，這沒有一個硬性的規定，取而代之的則是子網路遮罩，校園網相信大多數人都用過，在校園網的設定裡面有一個255.255.255.0的東西，這就是子網路遮罩。子網路遮罩是由32bit的位元字序列,形式為是一連串的1和一連串的0，例如：255.255.255.0(二進位就是11111111.11111111.11111111.00000000)對於剛才的那個B類地址，因為210.30是網路號，那麼後面的109.134就是子網號和主機號的組合，又因為子網路遮罩只有後八bit為0，所以主機號就是IP地址的後八個bit，就是134，而剩下的就是子網號碼－－109。

2. ARP協議

還記得資料連結層的乙太網路的協議中，每一個資料包都有一個MAC地址頭嗎？我們知道每一塊乙太網路卡都有一個MAC地址，這個地址是唯一的，那麼IP包是如何知道這個MAC地址的？這就是ARP協議的工作。

ARP（位址解析）協議是一種解析協議，本來主機是完全不知道這個IP對應的是哪個主機的哪個介面，當主機要發送一個IP包的時候，會首先查一下自己的ARP快取（就是一個IP-MAC地址對應表緩衝），如果查詢的IP－MAC值對不存在，那麼主機就向網路發送一個ARP協議廣播包，這個廣播包裡面就有待查詢的IP地址，而直接收到這份廣播的包的所有主機都會查詢自己的IP地址，如果收到廣播包的某一個主機發現自己符合條件，那麼就準備好一個包含自己的MAC地址的ARP包傳送給發送ARP廣播的主機，而廣播主機拿到ARP包後會更新自己的ARP緩衝（就是存放IP-MAC對應表的地方）。發送廣播的主機就會用新的ARP快取資料準備好資料連結層的的資料包發送工作。

一個典型的arp緩衝資訊如下，在任意一個系統裡面用“arp -a”命令:

Interface: 192.168.11.3 --- 0x2
  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.11.1          00-0d-0b-43-a0-2f     dynamic
  192.168.11.2          00-01-4a-03-5b-ea     dynamic

 

 

都會得到這樣的結果。

這樣的快取是有時限的，一般是20分鐘（伯克利系統的衍生系統）。

3.RARP協議（略）

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