计算机网络学习20250528

地址解析协议ARP

实现IP地址和Mac地址的转换
ARP工作原理：
每台主机或路由器都有一个ARP表，表项：<IP地址，Mac地址，TTL>（TTL一般为20分钟）
主机产生ARP查询分组，包含源目的IP地址和源Mac地址，目的Mac地址FF-FF-FF-FF-FF-FF(mac广播地址)，该查询分组广播给子网内的所有主机，路由器接口处的网卡，并向上交给ARP模块，
每个主机或路由器的ARP模块检查自己的IP地址是否与ARP查询分组中的目的IP地址一致，相匹配的主机或路由器在标准帧中返回ARP响应分组，包含所查询的Mac地址，主机根据ARP响应分组更新自己的ARP表

以太网帧结构

前同步码（8字节）时钟同步
目的Mac地址（6字节）
源Mac地址（6字节）
类型（2字节）：指示数据部分送给哪个网络层协议，eg:0x0800-ip,0x0806-ARP
数据：46-1500字节，不足46字节时，会填充至最小值
crc(4字节)

IPV4

首部(4bit)：版本号，IPV4 0100,IPV6 0110
首部长度(4bit)：20字节固定+可选
服务类型(8bit)：区别不同类型的数据报
数据报长度(16bit)：首部+数据
标识，标志，片偏移：IPV4分片时使用
寿命TTL：每经过一个路由器，TTL-1，TTL减为零时丢弃
协议：IP数据报到达目的终端时，协议字段指示数据部分交付给哪个传输层协议，TCP-6，UDP-17
首部校验和：只检验首部的比特错误
选项：允许首部扩展
源和目的IP地址：IPv4 32位地址

IP数据报分片
不同链路层协议的MTU不同，以太网1500字节，FDDI 4352字节，PPP 296字节，大的IP数据报到较小的MTU链路上，需要进行分片，重新组装在端系统完成

• 标识号ID：同一IP数据报的片具有相同的ID，确认是否属于同一数据报
• 偏移offset：指示片在初始数据报中的位置，以8字节为单位，确认是否确认
• 标志flag：标识是否为最后一个分片，值为0时表示是最后一个分片，确认是否收完
• 接收端对于不完整的数据报会丢弃
• IPV4通过分片实现对不同链路层MTU的适配，实现不同网络的互连，但分片会增加路由器和终端的复杂性
• IPV6改进：如果路由器收到的数据报尺寸大于MTU，则丢弃，返回报告，由终端重新决定IP

DHCP：动态主机配置协议，主机频繁的加入和离开网络

IPV6

引入原因：

IPV4 32位地址耗尽=》IPV6 128位地址
固定首部长度易于快速处理和转发
实现QOS

IPV6数据报格式：固定40字节首部字段+数据字段

首部字段
版本：0100(IPV6)
流量类型 流标签：标识不同类型的流，分配不同的优先级，实现QOS
有效载荷长度：数据字段长度
下一个首部：标识数据字段交付给哪个上层协议，
跳限制：每经一台路由器减一，减为0时丢弃
源IP地址，目的IP地址：128位

IPV6与IPV4的区别

1. 扩大的地址容量
2. 简化高效的40字节首部
3. 流标签与优先级：实现QOS
4. 取消分片：当路由器 收到数据报太大不能转发时，丢弃，返回分组太大ICMP报文，发送方重新发送较小分组
5. 取消首部检验：快速处理IP数据报