網(wǎng)管必知：IP協(xié)議、ARP協(xié)議和RARP協(xié)議

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IP數(shù)據(jù)報

IP是TCP/IP協(xié)議族中最核心的協(xié)議，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報的格式傳輸。IP僅提供盡力而為的傳輸服務(wù)，如果發(fā)生某種錯誤，IP會丟失該數(shù)據(jù)，然后發(fā)送ICMP消息給信源端。另外，IP數(shù)據(jù)報可以不按發(fā)送順序接受。

IP數(shù)據(jù)報的格式如下：

前20字節(jié)和緊接其后的選項部分是IP數(shù)據(jù)報的首部，前20個字節(jié)是固定的，選項可有可無。首部的每一行是一個32位字的單位，最高位在左邊，為0bit，最低位在右邊，為31bit。4字節(jié)的32bit值按照以下次序傳輸：首先0-7bit，其次8-15比特，然后16-23bit，最后是24-31bit，這種傳輸次序稱為big endian字節(jié)序(我們在C語言寫位操作的算法時常用到該詞)。TCP/IP首部中的所有二進(jìn)制整數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時都要求以這種次序，因此它又稱作網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，其他形式存儲的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如little endian格式，則必須在傳輸數(shù)據(jù)之前把首部轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

首部長度是指首部占32bit字的數(shù)目，因為4位的最大值為15，因此首部最長為60字節(jié)，也即是說選項部分的最大值為40字節(jié)，不夠4的倍數(shù)，要用0填充，使數(shù)據(jù)部分的起始地址為4的倍數(shù)。

總長度指整個IP數(shù)據(jù)報的長度，包括首部和數(shù)據(jù)部分，16bit，最長可達(dá)65535字節(jié)。盡管理論上可以傳送一個長達(dá)65535的IP數(shù)據(jù)報，但實際上還要考慮網(wǎng)絡(luò)的最大承載能力等因素，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP分組大小為576字節(jié)，減去IP首部的20個字節(jié)，TCP首部的20個字節(jié)，路由協(xié)議頭的24個字節(jié)，為512字節(jié)，因此主機接受的數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分一般不超過512個字節(jié)。(PS：這點看的也不是太懂，網(wǎng)上很多人也有此疑問，謝希仁的計算機網(wǎng)絡(luò)中寫的一次IP數(shù)據(jù)報最少576字節(jié)，尼瑪這里翻譯的是不超過576字節(jié)，先往后看吧，說不定看到后面就豁然開朗了)。

3個標(biāo)志位主要用來標(biāo)識分片的IP數(shù)據(jù)報，片位移為分片的數(shù)據(jù)報的首個字節(jié)偏離整個原始數(shù)據(jù)報的位置。

IP路由選擇

主機通過路由器和目的主機連接。主機通過IP數(shù)據(jù)報連接目的主機時，按照如下步驟搜索(同一網(wǎng)絡(luò)中的搜索要經(jīng)過ARP協(xié)議將目的主機的IP地址解析為MAC地址)：

1、搜索路由表，優(yōu)先搜索匹配主機，如果能找到和IP地址完全一致的目標(biāo)主機，則將該包發(fā)向目標(biāo)主機

2、搜索路由表，如果匹配主機失敗，則匹配同子網(wǎng)的路由器，這需要子網(wǎng)掩碼的協(xié)助。如果找到路由器，則將該包發(fā)向路由器。

3、搜索路由表，如果匹配同子網(wǎng)路由器失敗，則匹配同網(wǎng)號路由器，如果找到路由器，則將該包發(fā)向路由器。

4、搜索路由表，如果以上都失敗了，就搜索默認(rèn)路由，如果默認(rèn)路由存在，則發(fā)包

5、如果都失敗了，就丟掉這個包。

子網(wǎng)掩碼

主機號再分成一個子網(wǎng)號和主機號，便將一個網(wǎng)絡(luò)又劃分成了若干子網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼與該子網(wǎng)中的IP地址相與，便得到該子網(wǎng)，另外，子網(wǎng)對于子網(wǎng)內(nèi)部的路由器是不透明的，也就是說IP數(shù)據(jù)報傳到該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)時，網(wǎng)關(guān)再將該數(shù)據(jù)報傳送到子網(wǎng)的默認(rèn)路由器上，最后通過該路由器再交付給該主機。

ARP協(xié)議和RARP協(xié)議

前面已經(jīng)說過，ARP協(xié)議只用在局域網(wǎng)中，它用來將IP地址解析為MAC地址。局域網(wǎng)中的每個主機都有一個ARP緩存，它保存了最近發(fā)起的IP地址到MAC地址的映射記錄，當(dāng)該主機要向局域網(wǎng)中的某一主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會先從自己的緩存中查找，看是否存在目標(biāo)IP地址，如果找到，就通過映射找到它的MAC地址，從而發(fā)送過去，如果沒有找到該目的IP地址，它就向該局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)送一個廣播，廣播中包含自己的IP地址、MAC地址和目的主機的IP地址，局域網(wǎng)內(nèi)的所有主機都會收到該廣播，但只有目的IP地址的主機會做出回應(yīng)，并把自己的MAC地址發(fā)送給源主機，源主機收到后，在自己的ARP緩存中增加上該映射，并根據(jù)發(fā)來的MAC地址將數(shù)據(jù)發(fā)送給目的主機。

ARP高速緩存中的表項一般都要設(shè)置超時值，如果一段時間內(nèi)沒有與某主機通信，就將該主機對應(yīng)的IP與MAC之間的映射關(guān)系去掉，下次在需要通信時，依然發(fā)送廣播。

如果ARP請求是從一個網(wǎng)絡(luò)的主機到另一個網(wǎng)絡(luò)的主機，那么連接這兩個網(wǎng)絡(luò)的路由器就可以回答該請求，這個過程成為ARP代理。

RARP協(xié)議則剛好相反，它將MAC地址解析成為對應(yīng)的IP地址，現(xiàn)在已很少單獨使用。