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二、连接网络层与数据链路层


  网络层下面是数据链路层,为了它们可以互通,需要“粘合”协议。ARP(地址解析协议)用于把网络层(3层)地址映射到数据链路层(2层)地址,RARP(反向地址解析协议)则反之。

  虽然ARP的定义与网络层协议无关,但它通常用于解析IP地址;最常见的数据链路层是以太网。因此下面的ARP和RARP的例子基于IP和以太网,但要注意这些概念对其他协议也是一样的。

1、地址解析协议


  网络层地址是由网络管理员定义的抽象映射,它不去关心下层是哪种数据链路层协议。然而,网络接口只能根据2层地址来互相通信,2层地址通过ARP从3层地址得到。

  并不是发送每个数据包都需要进行ARP请求,回应被缓存在本地的ARP表中,这样就减少了网络中的ARP包。ARP的维护比较容易,是一个比较简单的协议。

2、简介


  如果接口A想给接口B发送数据,并且A只知道B的IP地址,它必须首先查找B的物理地址,它发送一个含有B的IP地址的ARP广播请求B的物理地址,接口B收到该广播后,向A回应其物理地址。

 

  注意,虽然所有接口都收到了信息,但只有B回应该请求,这保证了回应的正确且避免了过期的信息。要注意的是,当A和B不在同一网段时,A只向下一跳的路由器发送ARP请求,而不是直接向B发送。

 

  下图为接收到ARP分组后的处理,注意发送者的<IP address, hardware address>对被存到接收ARP请求的主机的本地ARP表中,一般A想与B通信时,B可能也需要与A通信。

 

3、IP地址冲突


  ARP产生的问题中最常见的是IP地址的冲突,这是由于两个不同的主机IP地址相同产生的,在任何互联的网络中,IP地址必须是唯一的。这时会收到两个ARP回应,分别指出了不同的硬件地址,这是严重的错误,没有简单的解决办法。

  为了避免出现这类错误,当接口A初试化时,它发送一个含有其IP地址的ARP请求,如果没有收到回应,A就假定该IP地址没有被使用。我们假定接口B已经使用了该IP地址,那么B就发送一个ARP回应,A就可以知道该IP地址已被使用,它就不能再使用该IP地址,而是返回错误信息。这样又产生一个问题,假设主机C含有该IP地址的映射,是映射到B的硬件地址的,它收到接口A的ARP广播后,更新其ARP表使之指向A的硬件地址。为了解决这个错误,B再次发送一个ARP请求广播,这样主机C又更新其ARP表再次指向B的硬件地址。这时网络的状态又回到先前的状态,有可能C已经向A发送了应该发送给B的IP分组,这很不幸,但是因为IP提供的是无保证的传输,所以不会产生大的问题。

4、管理ARP缓存表


  ARP缓存表是<IP地址,硬件地址>对的列表,根据IP地址索引。该表可以用命令arp来管理,其语法包括:

向表中添加静态表项 -- arp -s <IP address> <hardware address>

从表中删除表项 -- arp -d <IP address>

显示表项 -- arp -a

  ARP表中的动态表项(没有手动加入的表项)通常过一段时间自动删除,这段时间的长度由特定的TCP/IP实现决定。

5、静态ARP地址的使用


  静态ARP地址的典型使用是设置独立的打印服务器,这些设备通常通过telnet来配置,但首先它们需要一个IP地址。没有明显的方法来把此信息告诉该设备,好象只能使用其串口来设置。但是,这需要找一个合适的终端和串行电缆,设置波特率、奇偶校验等,很不方便。

  假设我们想给一个打印服务器设置IP地址P-IP,并且我们知道其硬件地址P-hard,在工作站A上创建一个静态ARP表项把P-IP映射到P-hard,这样,虽然打印服务器不知道自己的IP地址,但是所有指向P-IP的数据就将被送到P-hard。我们现在就可以telnet到P-IP并配置其IP地址了,然后再删除该静态ARP表项。

 

  有时会在一个子网里配置打印服务器,而在另一个子网里使用它,方法与上面类似。假设其IP地址为P-IP,我们分配一个本网的临时IP地址T-IP给它,在工作站A上创建临时ARP表项把T-IP映射到P-hard,然后telnet到T-IP,给打印服务器配以IP地址P-IP。接下来就可以把它放到另一个子网里使用了,别忘了删除静态ARP表项。

 

6、代理ARP


  可以通过使用代理ARP来避免在每台主机上配置路由表,在使用子网时这特别有用,但注意,不是所有的主机都能理解子网的。基本的思想是即使对于不在本子网的主机也发送ARP请求,ARP代理服务器(通常是网关)回应以网关的硬件地址,见下图,注意与上面的图比较一下。

  代理ARP简化了主机的管理,但是增加了网络的通信量(不是很明显),并且可能需要较大的ARP缓存,每个不在本网的IP地址都被创建一个表项,都映射到网关的硬件地址。在使用代理ARP的主机看来,世界就象一个大的没有路由器物理网络。

 

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