计算机网络学习20250528

地址解析协议ARP

实现IP地址和Mac地址的转换

ARP工作原理:

每台主机或路由器都有一个ARP表,表项:<IP地址,Mac地址,TTL>(TTL一般为20分钟)

主机产生ARP查询分组,包含源目的IP地址和源Mac地址,目的Mac地址FF-FF-FF-FF-FF-FF(mac广播地址),该查询分组广播给子网内的所有主机,路由器接口处的网卡,并向上交给ARP模块,

每个主机或路由器的ARP模块检查自己的IP地址是否与ARP查询分组中的目的IP地址一致,相匹配的主机或路由器在标准帧中返回ARP响应分组,包含所查询的Mac地址,主机根据ARP响应分组更新自己的ARP表

以太网帧结构

前同步码(8字节)时钟同步

目的Mac地址(6字节)

源Mac地址(6字节)

类型(2字节):指示数据部分送给哪个网络层协议,eg:0x0800-ip,0x0806-ARP

数据:46-1500字节,不足46字节时,会填充至最小值

crc(4字节)

IPV4

首部(4bit):版本号,IPV4 0100,IPV6 0110

首部长度(4bit):20字节固定+可选

服务类型(8bit):区别不同类型的数据报

数据报长度(16bit):首部+数据

标识,标志,片偏移:IPV4分片时使用

寿命TTL:每经过一个路由器,TTL-1,TTL减为零时丢弃

协议:IP数据报到达目的终端时,协议字段指示数据部分交付给哪个传输层协议,TCP-6,UDP-17

首部校验和:只检验首部的比特错误

选项:允许首部扩展

源和目的IP地址:IPv4 32位地址

IP数据报分片

不同链路层协议的MTU不同,以太网1500字节,FDDI 4352字节,PPP 296字节,大的IP数据报到较小的MTU链路上,需要进行分片,重新组装在端系统完成

  • 标识号ID:同一IP数据报的片具有相同的ID,确认是否属于同一数据报
  • 偏移offset:指示片在初始数据报中的位置,以8字节为单位,确认是否确认
  • 标志flag:标识是否为最后一个分片,值为0时表示是最后一个分片,确认是否收完
  • 接收端对于不完整的数据报会丢弃
  • IPV4通过分片实现对不同链路层MTU的适配,实现不同网络的互连,但分片会增加路由器和终端的复杂性
  • IPV6改进:如果路由器收到的数据报尺寸大于MTU,则丢弃,返回报告,由终端重新决定IP

DHCP:动态主机配置协议,主机频繁的加入和离开网络

IPV6

引入原因:

IPV4 32位地址耗尽=》IPV6 128位地址

固定首部长度易于快速处理和转发

实现QOS

IPV6数据报格式:固定40字节首部字段+数据字段

首部字段

版本:0100(IPV6)

流量类型 流标签:标识不同类型的流,分配不同的优先级,实现QOS

有效载荷长度:数据字段长度

下一个首部:标识数据字段交付给哪个上层协议,

跳限制:每经一台路由器减一,减为0时丢弃

源IP地址,目的IP地址:128位

IPV6与IPV4的区别

  1. 扩大的地址容量
  2. 简化高效的40字节首部
  3. 流标签与优先级:实现QOS
  4. 取消分片:当路由器 收到数据报太大不能转发时,丢弃,返回分组太大ICMP报文,发送方重新发送较小分组
  5. 取消首部检验:快速处理IP数据报
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