TCP/IP詳解學習筆記(3)-IP協議，ARP協議，RARP協議

把這三個協議放到一塊兒學習是由於這三個協議處於同一層，ARP協議用來找到目標主機的Ethernet網卡Mac地址，IP則承載要發送的消息。數據鏈路層能夠從ARP獲得數據的傳送信息，而從IP獲得要傳輸的數據信息。

1.IP協議

IP協議是TCP/IP協議的核心，全部的TCP，UDP，IMCP，IGCP的數據都以IP數據格式傳輸。要注意的是，IP不是可靠的協議，這是說，IP協議沒有提供一種數據未傳達之後的處理機制－－這被認爲是上層協議－－TCP或UDP要作的事情。因此這也就出現了TCP是一個可靠的協議，而UDP就沒有那麼可靠的區別。這是後話，暫且不提

1.1.IP協議頭

如圖所示

挨個解釋它是教科書的活計，我感興趣的只是那八位的TTL字段，還記得這個字段是作什麼的麼？這個字段規定該數據包在穿過多少個路由以後纔會被拋棄(這裏就體現出來IP協議包的不可靠性，它不保證數據被送達)，某個ip數據包每穿過一個路由器，該數據包的TTL數值就會減小1，當該數據包的TTL成爲零，它就會被自動拋棄。這個字段的最大值也就是255，也就是說一個協議包也就在路由器裏面穿行255次就會被拋棄了，根據系統的不一樣，這個數字也不同，通常是32或者是64，Tracerouter這個工具就是用這個原理工做的，tranceroute的-m選項要求最大值是255，也就是由於這個TTL在IP協議裏面只有8bit。

如今的ip版本號是4，因此也稱做IPv4。如今還有IPv6，並且運用也愈來愈普遍了。

1.2.IP路由選擇

當一個IP數據包準備好了的時候，IP數據包（或者說是路由器）是如何將數據包送到目的地的呢？它是怎麼選擇一個合適的路徑來"送貨"的呢？

最特殊的狀況是目的主機和主機直連，那麼主機根本不用尋找路由，直接把數據傳遞過去就能夠了。至因而怎麼直接傳遞的，這就要靠ARP協議了，後面會講到。

稍微通常一點的狀況是，主機經過若干個路由器(router)和目的主機鏈接。那麼路由器就要經過ip包的信息來爲ip包尋找到一個合適的目標來進行傳遞，好比合適的主機，或者合適的路由。路由器或者主機將會用以下的方式來處理某一個IP數據包

1. 若是IP數據包的TTL（生命週期）以到，則該IP數據包就被拋棄。
2. 搜索路由表，優先搜索匹配主機，若是能找到和IP地址徹底一致的目標主機，則將該包發向目標主機
3. 搜索路由表，若是匹配主機失敗，則匹配同子網的路由器，這須要「子網掩碼(1.3.)」的協助。若是找到路由器，則將該包發向路由器。
4. 搜索路由表，若是匹配同子網路由器失敗，則匹配同網號（第一章有講解）路由器，若是找到路由器，則將該包發向路由器。
5. 搜索陸游表，若是以上都失敗了，就搜索默認路由，若是默認路由存在，則發包
6. 若是都失敗了，就丟掉這個包。

這再一次證實了，ip包是不可靠的。由於它不保證送達。

1.3.子網尋址

IP地址的定義是網絡號+主機號。可是如今全部的主機都要求子網編址，也就是說，把主機號在細分紅子網號+主機號。最終一個IP地址就成爲 網絡號碼+子網號+主機號。例如一個B類地址：210.30.109.134。通常狀況下，這個IP地址的紅色部分就是網絡號，而藍色部分就是子網號，綠色部分就是主機號。至於有多少位表明子網號這個問題上，這沒有一個硬性的規定，取而代之的則是子網掩碼，校園網相信大多數人都用過，在校園網的設定裏面有一個255.255.255.0的東西，這就是子網掩碼。子網掩碼是由32bit的二進制數字序列,形式爲是一連串的1和一連串的0，例如：255.255.255.0(二進制就是11111111.11111111.11111111.00000000)對於剛纔的那個B類地址，由於210.30是網絡號，那麼後面的109.134就是子網號和主機號的組合，又由於子網掩碼只有後八bit爲0，因此主機號就是IP地址的後八個bit，就是134，而剩下的就是子網號碼－－109。

2. ARP協議

還記得數據鏈路層的以太網的協議中，每個數據包都有一個MAC地址頭麼？咱們知道每一塊以太網卡都有一個MAC地址，這個地址是惟一的，那麼IP包是如何知道這個MAC地址的？這就是ARP協議的工做。

ARP（地址解析）協議是一種解析協議，原本主機是徹底不知道這個IP對應的是哪一個主機的哪一個接口，當主機要發送一個IP包的時候，會首先查一下本身的ARP高速緩存（就是一個IP-MAC地址對應表緩存），若是查詢的IP－MAC值對不存在，那麼主機就向網絡發送一個ARP協議廣播包，這個廣播包裏面就有待查詢的IP地址，而直接收到這份廣播的包的全部主機都會查詢本身的IP地址，若是收到廣播包的某一個主機發現本身符合條件，那麼就準備好一個包含本身的MAC地址的ARP包傳送給發送ARP廣播的主機，而廣播主機拿到ARP包後會更新本身的ARP緩存（就是存放IP-MAC對應表的地方）。發送廣播的主機就會用新的ARP緩存數據準備好數據鏈路層的的數據包發送工做。

一個典型的arp緩存信息以下，在任意一個系統裏面用「arp -a」命令:

Interface: 192.168.11.3 --- 0x2
  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.11.1          00-0d-0b-43-a0-2f     dynamic
  192.168.11.2          00-01-4a-03-5b-ea     dynamic

 

 

都會獲得這樣的結果。

這樣的高速緩存是有時限的，通常是20分鐘（伯克利系統的衍生系統）。

3.RARP協議（略）