计算机网络技术基础全套配套课件徐红单元3网络体系结构与协议5网络层其他协议.ppt

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单元3网络体系结构与协议,教学模块五：

网络层其他协议,【知识目标】1.掌握ARP/RARP/ICMP三个协议【能力目标】1.具备自主学习的能力；2.具备团队协作的能力。

教学目标,TCP/IP协议栈,应用层,网络接口层,网络层,传输层,IPICMPARPRARP,ICMP（InternetControlMessageProtocol）：

提供控制和传递消息的功能（但通信时需用IP封装）；ARP（AddressResolutionProtocol）：

为已知的IP地址确定网络接口层的MAC地址；RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）：

为已知的网络接口层MAC地址确定对应的IP地址。

4个协议中仅IP具有全网的寻址能力，而ICMP、ARP和RARP均无全网的寻址能力，ICMP需要在不同网络之间传递，因此必须用IP封装，ARP和RARP只在一个网络的内部进行通信，不需要在网络之间寻址，所以无须用IP封装。

网络层协议,地址转换协议ARP和RARP,网络中的任何设备都有唯一的物理地址，也称之为硬件地址或MAC地址，它存储在网卡中。

在节点之间进行数据传输时，必须将IP地址转换为物理地址。

就以太网和令牌环网而言，IEEE标准规定它们的帧都使用6字节表示MAC地址，前24位标识网卡的生产厂商，后24位由该厂商标识其网卡。

2023/5/26,IP地址与MAC地址,2023/5/26,IP地址与MAC地址,TCP报文,IP数据报,MAC帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机H1,主机H2,路由器R1,硬件地址,路由器R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,通信的路径H1经过R1转发再经过R2转发H2,查找路由表,查找路由表,主机H1和主机H2之间的通信,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机H1,主机H2,路由器R1,硬件地址,路由器R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,MAC帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,MAC帧,MAC帧,IP数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,2023/5/26,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机H1,主机H2,路由器R1,硬件地址,路由器R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,MAC帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,MAC帧,MAC帧,IP数据报,从IP层上看IP数据报的流动,2023/5/26,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机H1,主机H2,路由器R1,硬件地址,路由器R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,MAC帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,MAC帧,MAC帧,IP数据报,在链路上看MAC帧的流动,2023/5/26,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,MAC帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,MAC帧,MAC帧,IP数据报,在IP层上只能看到IP数据报图中的IP1IP2表示从源地址IP1到目的地址IP2两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中,2023/5/26,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,MAC帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,MAC帧,MAC帧,IP数据报,路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择,2023/5/26,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,IP数据报,在具体的物理网络的链路层只能看见MAC帧而看不见IP数据报,2023/5/26,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机H1,主机H2,路由器R1,IP层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器R2,IP数据报,IP层屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的IP层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,2023/5/26,地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。

地址转换协议（ARP）的作用就是将IP地址转换为物理地址。

每一台主机都设有一个ARP高速缓存，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

对于在主机的ARP高速缓存中存在的内容，可以使用命令：

ARPA查看。

例如在IP地址是192.168.2.2的主机中使用arpa命令可查看到该主机arp高速缓存中的信息,2023/5/26,地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP,当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。

如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。

也有可能查不到目的主机的IP地址的项目，原因可能如下：

目的主机才入网，其物理地址还不为其它用户所知源主机刚刚加电，其高速缓存还是空的。

在这种情况下，源主机就自动运行ARP，以广播方式发出请求，找出目的主机的物理地址。

如图,2023/5/26,A,Y,X,B,Z,主机B向A发送ARP响应分组,主机A广播发送ARP请求分组,ARP请求,ARP请求,ARP请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,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,我是209.0.0.6硬件地址是08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,2023/5/26,应当注意的问题,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。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。

剩下的工作就由下一个网络来做。

19,ARP协议的运行过程（通信双方在不同子网内）,198.150.12.16,如果源主机A与目的主机B不在同一子网中，假设A的IP地址是198.150.11.15，B的IP地址是198.150.12.16，这种情况下，A发出的ARP请求分组是为了获取自己所在网络的网关的MAC地址，之后A只需要将数据封装成帧发送给路由器，然后由路由器转交。

2023/5/26,应当注意的问题,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。

只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址。

2023/5/26,反向地址解析协议RARP,反向地址解析协议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。

Internet控制报文协议ICMP,IP数据报的交付是无连接的，即在IP层，数据报文并不保证数据的可靠传输，而是“尽最大努力传输”，它采用分组交换方式，不同的IP分组报文可以沿不同路径到达目的地，在目的地进行组装。

ICMP协议允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况，即ICMP报文通常是由某个监测到IP分组中错误的站点产生，ICMP是作为IP报文的数据部分封装的。

ICMP报文是封装在IP数据报内部的，8字节长，其中前4个字节是固定的格式，包含8位类型字段，8位代码字段和16位的校验和；后4个字节根据ICMP包的类型而取不同的值。

其他字节则互不相同。

ICMP报文结构,ICMP网络错误通告的数据报包括目的端不可达通告、超时通告、参数错误通告等，并以代码的形式通知发送数据的源端。

ICMP报文根据类型和代码的不同，分为两类：

ICMP差错控制报文ICMP查询报文,终点不可达：

当路由器无法转发或交付IP数据报时，路由器就向源站发送终点不可达报文，然后丢弃该报文，例如“网络不可达”表示路由器失败，“主机不可达”表示交付失败。

源站抑制：

当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源站发送源站抑制报文，于是源站将降低发送速率时间超时：

当路由器收到的IP数据报中的TTL字段为0时，一方面丢弃该报文，同时向源站发送时间超时报文。

同样，当目的站在规定的时间内不能收到一个数据报的全部片段时，就会丢弃已经收到的所有片段，同时向源站发送“时间超时”报文参数问题：

当路由器或目的主机收到的IP数据报的首部中的字段出现错误时，就丢弃，并向源站发送此类报文路由重定向：

路由器将改变的路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送到另外的路由器。

5种差错控制报文,4种查询报文：

ICMP回送请求和回答：

主机和路由器可以向一个特定的主机或路由器发出“回送请求”查询，收到此查询的主机或路由器发回“ICMP回送回答”报文，这种查询测试目的站是否可达等状态，例如ping命令的使用。

ICMP时间戳请求和回答：

请求某台主机或路由器回答当前的日期和时间，可进行时钟同步和测量时间。

ICMP掩码地址请求和回答：

主机向路由器发出请求并接收回答，目的是获得所在网络的子网掩码路由器询问和通告：

主机将路由询问报文进行广播或多播，收到询问的路由器用通告报文广播其路由信息，其目的是为了使网络内的主机获得最新的路由信息，以选择更好的路由。

适合于网络内有多台路由器的情况,ICMP差错报告都是采用路由器到源主机的模式，也就是说，所有的差错信息都需要向源主机报告。

但ICMP协议并不严格规定对出现的差错采取什么处理方式。

源主机接收到ICMP差错报告后，常常需将差错报告与应用程序联系起来，才能进行响应的差错处理。

网络测试工具“Ping”命令和“Tracert”就都是基于ICMP实现的。

例如，若在主机1上输入一个“Ping192.168.1.1”命令，则相当于向目的主机192.168.1.1发出了一个以回送请求为消息类型的ICMP包，若目的主机存在，则其会向主机1发送一个以回送应答为消息类型的ICMP包；若目的主机不存在，则主机1会得到一个以不可达目的地为消息类型的ICMP错误消息包。

复习,1.主机什么情况下使用ARP协议（）A.知道本网段某台主机的MAC地址，而想获取其对应的IP地址B.知道本网段某台主机的IP地址，而想获取其对应的主机名C.知道本网段某台主机的主机名，而想获取其对应的IP地址D.知道本网段某台主机的IP地址，而想获取其对应的MAC地址,D,2.用ping命令探测另一台主机时，发送的是（）A.ARP请求帧B.ARP响应帧C.ICMP回送回答报文D.ICMP回送请求报文,D,3.下列属于MAC地址的是（）。

AAz32:

6362:

2434BSj:

2817:

8288CGGG:

354:

665DA625:

cbdf:

6525,D,小结,本教学单元里学习了以下内容：

掌握ARP、RARP、ICMP三个网络层协议,Thankyou!