畢業設計之路(3)——以太網協議與ARP協議

對於不是網絡工程學院的孩子，關於網絡方面的瞭解真是一張白紙。TCP/IP之前據說過，認真看起來真頭疼，不過協議是死的，多看幾遍就熟悉了。

看看書，瞭解一下TCP/IP有關概念，不然後續工做開展不下去。

TCP/IP協議分爲4層。

• 應用層——Telent, FTP, HTTP, SMTP
• 傳輸層——TCP, UDP (ICMP, IGMP)
• 網絡層——IP, ARP
• 鏈路層——設備驅動（PPP， 以太網， FDDI等）

注：ARP屬於網絡層和鏈路層的通道。括號內的ICMP和IGMP協議，有人將其歸爲網絡層。

瞭解一下幾個比較重要的協議。

以太網協議

Ethernet II標準是一種比較舊的以太網標準。後來IEEE又創立了IEEE802.3標準。

首先看Ethernet II幀的封裝。原本想照書上畫個圖直觀的，可不知道怎麼畫，用什麼軟件能夠畫出來那樣。哎。

• 報頭：供8字節，其中前7字節是連續的0xAA,用於同步，而後是一個0xAB,它表示幀開始的地方。它提供了同步和前定界的功能。
• 目標地址：長度是6字節，表示目標節點的地址，它多是單播、多播、廣播地址，單播即物理地址，也叫MAC地址。廣播地址通常是0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF,廣播地址能夠經過網橋，但通不過網關。
• 源地址：與上面相同，但它只能是單播地址。
• 以太網類型：長度是兩字節，用來表示有效負載上的協議。0x0800爲IP報，0x0806爲ARP報，0x8035爲RARP報，0x86DD爲IPv6報，0x880B爲PPP報（基於以太網的PPP報）。
• 有效負載：Ethernet II幀最大負載時1500字節，最小爲46字節。
• 幀檢查序列：長度4字節，用於檢查幀的完整性，其原理和PPP幀的檢查序列同樣。

下面是IEEE802.3幀的封裝。

• 報頭、目標地址、源地址：與Ethernet II相同。
• 長度：指從DSAP開始到有效負載的最後一位的字節數。最大值1500，最小值爲46.
• DSAP：長度是1字節，代表目標節點的下一層的協議類型，如SNAP爲0xAA.
• SSAP：與DSAP相同，表示源節點下一層的協議類型。
• 控件：長度多是2字節，有多是1字節。取決於在該層協議的可靠傳輸服務，單字節爲不可靠的鏈接服務，2字節爲面向鏈接的可靠服務。但IP報和ARP報都不使用面向鏈接的可靠服務，，因此它們的控件都是1字節、用0x03來表示。

由上可看出，Ethernet II與IEEE802.3幀的不一樣之處就是以太網類型變成了幀長度。能夠把IEEE802.3幀的DSAP、SSAP、控件都看作Ethernet II幀有效負載的一部分。全部在接收到一幀數據時，判斷它是Ethernet II幀仍是IEEE802.3幀能夠由Ethernet II幀的以太網類型來判斷，大於等於1500（0x05DC）就是Ethernet II幀，小於1500就是IEEE802.3幀。

ARP協議

稱爲地址解析協議，是聯繫IP協議和LAN協議的橋樑，應用範圍是局域網(LAN)，是基於訪問共享和廣播技術的協議。該協議把節點的IP解析成對應的MAC地址（也叫物理地址），它能夠在局域網內尋找IP所對應的MAC地址，並保存起來以供發送使用。它是基於數據鏈路層協議之上的，但不屬於網絡層協議。

ARP有兩種幀組成， 請求幀和應答幀。前者即在網絡裏面查找IP地址對應的MAC地址。後者即回答該IP地址對應的MAC地址是多少。工做過程是這樣的，請求幀由要發IP報的節點發出，它是一個廣播報，子網內的全部節點都可以收到。各節點收到後，若是目標IP和本身的IP相同，就發送一個ARP應答報；不然就扔掉。當發送請求幀的節點接收到應答報後，就知道了對方的MAC地址，便可發送IP報。

再看 ARP緩存表，它是一個保存網絡內IP地址和對應MAC地址的緩存表。在發送IP報時，首先查看ARP緩存表中目標IP是否有對應的MAC地址。若是有就直接發送；不然，就向網絡發送ARP請求幀，並等待ARP應答幀。若是沒有APR應答報回覆，就取消IP的發送。另一種狀況是收到正確的ARP應答幀時，就要更新ARP緩存表，並把IP報發送出去。ARP緩存表的表項都有一個 生存時間，生存時間和系統時間相對應，表項生存時間爲0時表示該表項失效，從新發ARP請求幀後獲得正確的IP地址對應的MAC地址時恢復生存時間。

ARP幀的以太網類型是0x0806，ARP幀不包含IP幀，ARP幀過不了IP路由器。

下面說明ARP幀的結構。

• 硬件類型：2字節，指出數據鏈路層的協議。如0x0001表示以太網。
• 協議類型：2字節，指出要解析的協議。如0x0800表示IP協議，即指出ARP報要解析的協議時IP協議。
• 硬件地址長度：1字節，指出物理地址的長度，單位是字節，如以太網地址的長度是6字節，該字段就是0x06.
• 協議地址長度：1字節，指出要解析的協議地址的長度，單位是字節。如IP協議的IP地址長度是4字節，該字段就是0x04.
• 操做：2字節，用於表示該ARP幀的類型，如0x0001表示ARP請求幀，0x0002表示ARP應答幀，0x0008表示反轉ARP請求幀，0x0009表示反轉ARP應答幀（反轉ARP幀只用在幀中繼）。
• 發送端硬件地址：它的長度等於硬件地址長度的值，如以太網是6字節。在以太網中它是發送端節點的MAC地址。
• 發送端協議地址：它的長度等於協議地址長度的值，如IP協議是4字節。用IP協議時，它是本節點的IP地址。
• 接收端硬件地址：它的長度等於硬件地址長度的值，如以太網是6字節。在以太網中它是接收端節點的MAC地址。若是是發送請求幀，它是0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00.
• 接收端協議地址：它的長度等於協議地址長度的值，如IP協議是4字節。用IP協議時，它是接收端節點的IP地址。