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网络层 IP 协议首部格式与其配套使用的四个协议(ARP,RARP,ICMP,IGMP)
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目录IP协议首部格式
地址解析协议 ARP
逆向地址解析协议 RARP
网际控制报文协议 ICMP
网际组管理协议IGMP
IP 数据报首部
IP数据报首部格式:
最高位在左边，记为0 bit；最低位在右边，记为31 bit
版本:
占 4 位,指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
首部长度:
占4位,可表示的最大数值是15个单位(一个单位为 4 字节)因此IP 的首部长度的最大值是 60 字节
区分服务:
占8位,用来获得更好的服务,在旧标准中叫做服务类型,但实际上一直未被使用过.1998 年这个字段改名为区分服务.只有在使用区分服务(DiffServ)时,这个字段才起作用.一般的情况下都不使用这个字段
总长度:
占16位,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据报的最大长度为 65535 字节.总长度必须不超过最大传送单元 MTU
标识:
占16位,它是一个计数器,用来产生数据报的标识
标志(flag):
占3位,目前只有前两位有意义
MF
- 标志字段的最低位是 MF (More Fragment)
- MF=1 表示后面“还有分片”。MF=0 表示最后一个分片
DF
- 标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment)
- 只有当 DF=0 时才允许分片
片偏移:
占12位,指较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置.片偏移以 8 个字节为偏移单位
生存时间:
占8位,记为TTL (Time To Live) 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值,TTL 字段是由发送端初始设置一个 8 bit字段.推荐的初始值由分配数字 RFC 指定,当前值为 64.发送 ICMP 回显应答时经常把 TTL 设为最大值 255
协议:
占8位,指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个处理过程, 1表示为 ICMP 协议, 2表示为 IGMP 协议, 6表示为 TCP 协议, 17表示为 UDP 协议
首部检验和:
占16位,只检验数据报的首部不检验数据部分.这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法
源地址和目的地址:
都各占 4 字节,分别记录源地址和目的地址
地址解析协议 ARP
说明:
ARP 每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表
作用:
通过IP地址得知其物理地址
步骤:
注意:
- 网络上其他主机并不响应 ARP 询问,只有接收端主机接收到这个帧时,才向发送端主机做出这样的回应
- ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题.若所要找的主机和源主机不在同一个局域网上,那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络.剩下的工作就由下一个网络来做
- 从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的,主机的用户对这种地址解析过程是不知道的.
- 主机或路由器要和本网络上另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信,ARP 协议会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址
四种典型情况:
- 发送方是主机,要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机.这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
- 发送方是主机要 IP 数据报发送到其他网络的主机.这时 ARP 找到本网络上某个路由器硬件地址.剩下工作由这个路由器完成
- 发送方是路由器,要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机.这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
- 发送方是路由器,要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机.这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址.剩下的工作由这个路由器来完成
报头格式:
说明:
- 硬件类型字段表示硬件地址的类型.它的值为1即表示以太网地址
- 协议类型字段表示要映射的协议地址类型.它的值为 0x0800 即表示 IP 地址
- 硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度,以字节为单位.对于以太网上 IP 地址的 ARP 请求或应答来说,它们的值分别为 6 和 4
- 操作字段指出四种操作类型,它们是 ARP 请求(值为1)、ARP 应答(值为 2 )、RARP 请求(值为 3 )和 RARP 应答(值为 4 )
- 接下来的四个字段是发送端的硬件地址(在本例中是以太网地址)、发送端的协议地址( IP 地址)、目的端的硬件地址和目的端的协议地址.
参考链接:
http://blog.csdn.net/tigerjb/article/details/7351992
逆地址解析协议 RARP
定义:
逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址
用途:
这种主机往往是无盘工作站.因此 RARP 协议目前已很少使用
RARP 与 RAP:
网际控制报文协议 ICMP
目的:
为了提高 IP 数据报交付成功的机会
注意:
- 允许主机和路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告
- ICMP不是高层协议,而是IP层的协议
- ICMP报文作为IP层数据报的数据,加上数据报的首部,组成 IP 数据报发送出去
- ICMP报文的前4个字节是统一的格式,共有三个字段：即类型,代码和检验和.接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关
种类:
- ICMP 差错报告报文:
- 终点不可达
- 源点抑制(Source quench)
- 时间超过
- 参数问题
- 改变路由（重定向）(Redirect)
- ICMP 询问报文:
- 回送请求和回答报文
- 时间戳请求和回答报文
报文格式:
ICMP地址掩码请求和应答报文
ICMP时间戳请求和应答报文
ICMP不可达报文
ICMP回显请求和回显应答报文格式
ICMP超时报文
ICMP重定向报文
ICMP路由器请求报文格式
ICMP路由器通告报文格式
ICMP 源站抑制差错报文格式
ICMP 类型:
不应发送ICMP差错报告报文的情况:
- 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP 差错报告报文
- 多播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文
- 特殊地址(如127.0.0.0 或 0.0.0.0)的数据报不发送 ICMP差错报告报文
网际组管理协议IGMP
报文格式:
作用:
它是TCP/IP 协议族中负责IP 组播成员管理的协议,用来在IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系
功能:
当一台主机加入到一个新的组时,它发送一个IGMP消息到组地址以宣告它的成员身份,多播路由器和交换机就可以从中学习到组的成员.利用从IGMP中获取到的信息,路由器和交换机在每个接口上维护一个多播组成员的列表
两个阶段:
- 加入:
- 当主机加入新的多播组时,向多播组的多播地址发送IGMP 报文,声明自己要成为该组的成员.本地的多播路由器收到 IGMP 报文后,将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器
- 询问:
- 周期性地探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否还继续是组的成员
- 注意:
- 因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的
- 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器
数据包:
IGMP 使用 IP 数据报传递其报文（即 IGMP 报文加上 IP 首部构成 IP 数据报），但它也向 IP 提供服务
具体措施:
- 在主机和多播路由器之间的所有通信都是使用 IP 多播
- 多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所有的组发送一个请求信息的询问报文，而不需要对每一个组发送一个询问报文。默认的询问速率是每 125 秒发送一次
- 当同一个网络上连接有几个多播路由器时，它们能够迅速和有效地选择其中的一个来探询主机的成员关系
- 在 IGMP 的询问报文中有一个数值 N，它指明一个最长响应时间（默认值为 10秒）。当收到询问时，主机在 0 到 N 之间随机选择发送响应所需经过的时延。对应于最小时延的响应最先发送
- 同一个组内的每一个主机都要监听响应，只要有本组的其他主机先发送了响应，自己就可以不再发送响应了
IP协议首部格式
地址解析协议 ARP
逆向地址解析协议 RARP
网际控制报文协议 ICMP
网际组管理协议IGMP
IP 数据报首部
IP数据报首部格式:
最高位在左边，记为0 bit；最低位在右边，记为31 bit
版本:
占 4 位,指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
首部长度:
占4位,可表示的最大数值是15个单位(一个单位为 4 字节)因此IP 的首部长度的最大值是 60 字节
区分服务:
占8位,用来获得更好的服务,在旧标准中叫做服务类型,但实际上一直未被使用过.1998 年这个字段改名为区分服务.只有在使用区分服务(DiffServ)时,这个字段才起作用.一般的情况下都不使用这个字段
总长度:
占16位,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据报的最大长度为 65535 字节.总长度必须不超过最大传送单元 MTU
标识:
占16位,它是一个计数器,用来产生数据报的标识
标志(flag):
占3位,目前只有前两位有意义
MF
- 标志字段的最低位是 MF (More Fragment)
- MF=1 表示后面“还有分片”。MF=0 表示最后一个分片
DF
- 标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment)
- 只有当 DF=0 时才允许分片
片偏移:
占12位,指较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置.片偏移以 8 个字节为偏移单位
生存时间:
占8位,记为TTL (Time To Live) 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值,TTL 字段是由发送端初始设置一个 8 bit字段.推荐的初始值由分配数字 RFC 指定,当前值为 64.发送 ICMP 回显应答时经常把 TTL 设为最大值 255
协议:
占8位,指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个处理过程, 1表示为 ICMP 协议, 2表示为 IGMP 协议, 6表示为 TCP 协议, 17表示为 UDP 协议
首部检验和:
占16位,只检验数据报的首部不检验数据部分.这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法
源地址和目的地址:
都各占 4 字节,分别记录源地址和目的地址
地址解析协议 ARP
说明:
ARP 每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表
作用:
通过IP地址得知其物理地址
步骤:
注意:
- 网络上其他主机并不响应 ARP 询问,只有接收端主机接收到这个帧时,才向发送端主机做出这样的回应
- ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题.若所要找的主机和源主机不在同一个局域网上,那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络.剩下的工作就由下一个网络来做
- 从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的,主机的用户对这种地址解析过程是不知道的.
- 主机或路由器要和本网络上另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信,ARP 协议会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址
四种典型情况:
- 发送方是主机,要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机.这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
- 发送方是主机要 IP 数据报发送到其他网络的主机.这时 ARP 找到本网络上某个路由器硬件地址.剩下工作由这个路由器完成
- 发送方是路由器,要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机.这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
- 发送方是路由器,要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机.这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址.剩下的工作由这个路由器来完成
报头格式:
说明:
- 硬件类型字段表示硬件地址的类型.它的值为1即表示以太网地址
- 协议类型字段表示要映射的协议地址类型.它的值为 0x0800 即表示 IP 地址
- 硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度,以字节为单位.对于以太网上 IP 地址的 ARP 请求或应答来说,它们的值分别为 6 和 4
- 操作字段指出四种操作类型,它们是 ARP 请求(值为1)、ARP 应答(值为 2 )、RARP 请求(值为 3 )和 RARP 应答(值为 4 )
- 接下来的四个字段是发送端的硬件地址(在本例中是以太网地址)、发送端的协议地址( IP 地址)、目的端的硬件地址和目的端的协议地址.
参考链接:
http://blog.csdn.net/tigerjb/article/details/7351992
逆地址解析协议 RARP
定义:
逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址
用途:
这种主机往往是无盘工作站.因此 RARP 协议目前已很少使用
RARP 与 RAP:
网际控制报文协议 ICMP
目的:
为了提高 IP 数据报交付成功的机会
注意:
- 允许主机和路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告
- ICMP不是高层协议,而是IP层的协议
- ICMP报文作为IP层数据报的数据,加上数据报的首部,组成 IP 数据报发送出去
- ICMP报文的前4个字节是统一的格式,共有三个字段：即类型,代码和检验和.接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关
种类:
- ICMP 差错报告报文:
- 终点不可达
- 源点抑制(Source quench)
- 时间超过
- 参数问题
- 改变路由（重定向）(Redirect)
- ICMP 询问报文:
- 回送请求和回答报文
- 时间戳请求和回答报文
报文格式:
ICMP地址掩码请求和应答报文
ICMP时间戳请求和应答报文
ICMP不可达报文
ICMP回显请求和回显应答报文格式
ICMP超时报文
ICMP重定向报文
ICMP路由器请求报文格式
ICMP路由器通告报文格式
ICMP 源站抑制差错报文格式
ICMP 类型:
不应发送ICMP差错报告报文的情况:
- 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP 差错报告报文
- 多播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文
- 特殊地址(如127.0.0.0 或 0.0.0.0)的数据报不发送 ICMP差错报告报文
网际组管理协议IGMP
报文格式:
作用:
它是TCP/IP 协议族中负责IP 组播成员管理的协议,用来在IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系
功能:
当一台主机加入到一个新的组时,它发送一个IGMP消息到组地址以宣告它的成员身份,多播路由器和交换机就可以从中学习到组的成员.利用从IGMP中获取到的信息,路由器和交换机在每个接口上维护一个多播组成员的列表
两个阶段:
- 加入:
- 当主机加入新的多播组时,向多播组的多播地址发送IGMP 报文,声明自己要成为该组的成员.本地的多播路由器收到 IGMP 报文后,将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器
- 询问:
- 周期性地探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否还继续是组的成员
- 注意:
- 因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的
- 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器
数据包:
IGMP 使用 IP 数据报传递其报文（即 IGMP 报文加上 IP 首部构成 IP 数据报），但它也向 IP 提供服务
具体措施:
- 在主机和多播路由器之间的所有通信都是使用 IP 多播
- 多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所有的组发送一个请求信息的询问报文，而不需要对每一个组发送一个询问报文。默认的询问速率是每 125 秒发送一次
- 当同一个网络上连接有几个多播路由器时，它们能够迅速和有效地选择其中的一个来探询主机的成员关系
- 在 IGMP 的询问报文中有一个数值 N，它指明一个最长响应时间（默认值为 10秒）。当收到询问时，主机在 0 到 N 之间随机选择发送响应所需经过的时延。对应于最小时延的响应最先发送
- 同一个组内的每一个主机都要监听响应，只要有本组的其他主机先发送了响应，自己就可以不再发送响应了
