3. 网络层相关协议

1. ARP 协议

对于数据链路层，通过 MAC 地址找到对应的主机。A 和 B 通信有两种情况：

• 情况一：A 和 B 在同一局域网内

• 情况二：A 和 B 不在同一局域网内

对于情况一：主机 1 和主机 3 通信

• 应用层：递交给传输层

• 传输层：分组，递交给网络层

• 网络层：对于第一个分组，加上源 IP 地址和目标 IP 地址，递交给数据链路层

• 数据链路层：加上源 MAC 地址和目标 MAC 地址，还有 FCS

  对于目标 MAC 地址，有两种情况

  • ARP 高速缓存里中映射，就可以直接知道

  • 如果没有，则源主机就会发送一条广播ARP请求分组，格式如图所示；对于目标主机接收到该请求后，会发送一条单播ARP响应分组给源主机。这样源主机就可以知道其MAC地址。

情况二：主机 $H_1$ 和主机 $H_2$ 通信

其他过程都一样，单独说明 $H_1$ 如何获取 $H_2$ 的 MAC 地址

• 主机 $H_1$ 知道主机 $H_2$ 不和自己同一网段，直接把数据报发给默认网关

• 路由器 $R_1$ 通过解封装和再封装，把数据报发送给下一跳路由器 $R_2$

• 路由器 $R_2$ 把报文发送给主机 $H_2$ ，封装方法和局域网的一样

ARP协议：完成主机或路由器 IP 地址到 MAC 地址的映射（解决下一跳走哪的问题）

ARP协议使用过程：

• 检查 ARP 高速缓存，有对应表项则写入 MAC 帧，没有则用目的 MAC 地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF 帧封装并广播 ARP 请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个 ARP 响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP 缓存（10 - 20 min 更新一次）

ARP 协议 4 中典型情况：

1. 主机 A 发给本网络上的主机 B：用 ARP 找到主机 B 的硬件地址

2. 主机 A 发给另一网络上的主机 B：用 ARP 找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址

3. 路由器发给本网络的主机 A：用 ARP 找到主机 A 的硬件地址

4. 路由器发给另一网络的主机 B：用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址

2. DHCP 协议

获取 IP 地址的方法有两种：

• 静态配置（管理员手动分配 IP 地址）

• 动态配置（通过 DHCP 服务器自动分配 IP 地址）

动态主机配置协议 DHCP 是应用层协议，使用 客户/服务器 方式，客户端与服务端通过广播方式进行交互，基于 UDP。

DHCP 提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器名称，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。

DHCP 协议过程：

1. 主机广播DHCP发现报文

   “有没有DHCP服务器呀” 试图找到网络中的服务器，向服务器获得一个IP地址

2. DHCP服务器广播DHCP提供报文

   “有！有！有！” 服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得

3. 主机广播DHCP请求报文

   “我用你给我的IP地址啦？” 主机向服务器请求提供IP地址

4. DHCP服务器广播DHCP确认报文

   “用吧！” 正式将IP地址分配给主机

3. ICMP 协议

为了更有效地转发 IP 数据报和提高交付成功的机会

3.1 功能

ICMP 协议支持主机或路由器：

• 差错（或异常）报告（发送 ICMP差错报文）

• 网络探询（发送 ICMP 询问报文）

3.2 ICMP 报文

3.3 ICMP 差错报告报文（5种）

1. 终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。（无法交付）

2. 源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报发送速率放慢。（拥塞丢数据，目前已不使用）

3. 时间超过：当路由器你手动生存时间 TTL=0 的数据报时，除丢弃数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。（TTL = 0）

4. 参数问题：当路由器或目的主机收到数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。（首部字段有问题）

5. 改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据发送给另外的路由器。（值得更好的路由）

3.4 ICMP 差错报告报文数据字段

3.5 不应发送 ICMP 差错报文的情况

1. 对 IMCP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报文

2. 对第一个分片数据报片的所有后续数据报片都不发送 ICMP 差错报告报文

3. 对具有组播地址的数据都不发送 ICMP 差错报告报文

4. 对具有特殊地址（0.0.0.0 或 127.0.0.0）的数据不发送 ICMP 差错报告报文

3.6 ICMP 询问报文

1. 发送请求和回报报文

   主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送 ICMP 回送回答报文。

   测试目的站是否可达以及了解其相关状态（ping）

2. 时间戳请求和回答报文

   请求某个主机或路由器问答当前的日期和时间

   用来进行时钟同步和测量时间

3. 掩码地址请求和回答报文（×，已不使用）

4. 路由询问和通告报文（×，已不使用）

3.7 ICMP 应用

1. ping

测试两个主机之间的连通性，使用了 ICMP 回送请求和回答报文

2. Traceroute

跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了 ICMP 时间超过差错报告报文