ARP：地址解析协议

    说明：本文为《TCP/IP详解，卷1：协议》的第四章“ARP：地址解析协议”的学习笔记。

一．引言

    地址解析协议：ARP、RARP图示：

    当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机时，是根据48 bit的以太网地址来确定目的接口的。设备驱动程序从不检查IP数据报中的目的IP地址。

    ARP为IP地址到对应的硬件地址之间提供动态映射。我们之所以用动态这个词是因为这个过程是自动完成的，一般应用程序用户或系统管理员不必关心。

    RARP是被那些没有磁盘驱动器的系统使用（一般是无盘工作站或X终端），它需要系统管理员进行手工设置。

二．ARP高速缓存

    ARP高效运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存。这个高速缓存存放了最近Internet地址到硬件地址之间的映射记录。高速缓存中每一项的生存时间一般为2 0分钟，起始时间从被创建时开始算起。

我们可以用a r p(8)命令来检查ARP高速缓存。参数-a的意思是显示高速缓存中所有的内容。

三．ARP的分组格式

     用于以太网的ARP请求或应答分组格式如下图所示：

    以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址。电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。

    两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806。

    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。

    接下来的两个1字节的字段，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）（我们在第5章讨论RARP）。这个字段必需的，因为ARP请求和ARP应答的帧类型字段值是相同的。

    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。

四．ARP代理

    如果ARP请求是从一个网络的主机发往另一个网络上的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程称作委托ARP或ARP代理(Proxy ARP)。

     ARP代理也称作混合ARP（promiscuous ARP）或ARP 出租(ARP hack)。这些名字来自于ARP代理的其他用途：通过两个物理网络之间的路由器可以互相隐藏物理网络。在这种情况下，两个物理网络可以使用相同的网络号，只要把中间的路由器设置成一个ARP代理，以响应一个网络到另一个网络主机的ARP请求。

五．免费ARP

    免费ARP指的是主机发送ARP寻找自己的IP地址。

    免费ARP可以有两个方面的作用：

    1. 一个主机可以通过它来确定另一个主机是否设置了相同的I P地址；

    2. 如果发送免费A R P的主机正好改变了硬件地址（很可能是主机关机了，并换了一块接口卡，然后重新启动），那么这个分组就可以使其他主机高速缓存中旧的硬件地址进行相应的更新。

六．arp命令

    1. 参数–a

    用来显示ARP高速缓存中的所有内容。

    2.  参数-d

    超级用户可以用选项-d来删除ARP高速缓存中的某一项内容。

    3. 参数-s

    用来增加高速缓存中的内容。

七．小结

     在大多数的TCP/IP实现中，ARP是一个基础协议，但是它的运行对于应用程序或系统管理员来说一般是透明的。ARP高速缓存在它的运行过程中非常关键，我们可以用arp命令对高速缓存进行检查和操作。高速缓存中的每一项内容都有一个定时器，根据它来删除不完整和完整的表项。arp命令可以显示和修改ARP高速缓存中的内容。

    我们介绍了ARP的一般操作，同时也介绍了一些特殊的功能：委托ARP（当路由器对来自于另一个路由器接口的ARP请求进行应答时）和免费ARP（发送自己IP地址的ARP请求，一般发生在引导过程中）。
 

RARP：逆地址解析协议

    说明：本文为《TCP/IP详解，卷1：协议》的第五章“RARP：逆地址解析协议”的学习笔记。

一． 引言

    具有本地磁盘的系统引导时，一般是从磁盘上的配置文件中读取I P地址。但是无盘机，如X终端或无盘工作站，则需要采用其他方法来获得I P地址。

    网络上的每个系统都具有唯一的硬件地址，它是由网络接口生产厂家配置的。无盘系统的R A R P实现过程是从接口卡上读取唯一的硬件地址，然后发送一份R A R P请求（一帧在网络上广播的数据），请求某个主机响应该无盘系统的I P地址（在R A R P应答中）

二． 分组格式

     与ARP基本一致，区别在于：

     RARP请求或应答的帧类型代码为0x8035；

     而且RARP请求的操作代码为3，应答操作代码为4。

     对应于ARP，RARP请求以广播方式传送，而RARP应答一般是单播( unicast )传送的。

三．  RARP服务器的设计

    1． 作为用户进程的RARP服务器

    R A R P服务器的复杂性在于，服务器一般要为多个主机（网络上所有的无盘系统）提供硬件地址到I P地址的映射。该映射包含在一个磁盘文件中（在U n i x系统中一般位于/etc/ethers目录中）。由于内核一般不读取和分析磁盘文件，因此RARP服务器的功能就由用户进程来提供，而不是作为内核的TCP/IP实现的一部分。

   更为复杂的是，RARP请求是作为一个特殊类型的以太网数据帧来传送的，这说明RARP服务器必须能够发送和接收这种类型的以太网数据帧。

    2．每个网络有多个RAPR服务器

     RARP服务器实现的一个复杂因素是RARP请求是在硬件层上进行广播的，这意味着它们不经过路由器进行转发。为了让无盘系统在RARP服务器关机的状态下也能引导，通常在一个网络上（例如一根电缆）要提供多个RARP服务器。

    当服务器的数目增加时（以提供冗余备份），网络流量也随之增加，因为每个服务器对每个RARP请求都要发送RARP应答。发送RARP请求的无盘系统一般采用最先收到的RARP应答（对于ARP，我们从来没有遇到这种情况，因为只有一台主机发送ARP应答）。另外，还有一种可能发生的情况是每个RARP服务器同时应答，这样会增加以太网发生冲突的概率。

四． 小结

    RARP协议是许多无盘系统在引导时用来获取IP地址的。RARP分组格式基本上与ARP分组一致。一个RARP请求在网络上进行广播，它在分组中标明发送端的硬件地址，以请求相应I P地址的响应。应答通常是单播传送的。

    RARP带来的问题包括使用链路层广播，这样就阻止大多数路由器转发RARP请求，只返回很少信息：只是系统的IP地址。在第1 6章中，我们将看到BOOTP在无盘系统引导时会返回更多的信息：IP地址和引导主机的名字等。

    虽然RARP在概念上很简单，但是RARP服务器的实现却与系统相关。因此，并不是所有的TCP/IP实现都提供RARP服务器。