主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

时间:2021-12-03 10:32:36

本篇文章朋友在深圳吃饭的时候突然想到的...最近就有想写几篇关于主机地址的博客,所以回家到之后就奋笔疾书的写出来发布了

    一、MTU

    以太网和IEEE 802.3对数据帧的长度都有限制,其最大值分离是1500和1492字节,将这个限制称作最大传输单元(MTU,Maximum Transmission Unit)
如果IP层有一个数据报要传,而且数据的长度比链路层的MTU还大,那么IP层就要停止分片(Fragmentation),把数据报分红若干片,这样每一片都小于MTU。
当网络上的两台主机互相停止通信时,两台主机之间要经过多个网络,每个网络的链路层可能有不同的MTU,其中两台通信主机路径中的最小MTU被称作路径MTU,Internet上标准MTU为576B

    

    二、以太网帧格式

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    其中的源地址和目的地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址),长度是48位,是在网卡出厂时固化的。用ifconfig命令看一下,“HWaddr 00:15:F2:14:9E:3F”部份就是硬件地址。协议字段有三种值,分离对应IP、ARP、RARP。帧末端是CRC校验码。
以太网帧中的数据长度划定最小46字节,最大1500字节,ARP和RARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位。ifconfig命令的输出中也有“MTU:1500”。注意,MTU这个概念指数据帧中有效载荷的最大长度,不包括帧首部的长度。

    

    三、ARP(address resolution protocol)

    在网络通讯时,源主机的应用程序晓得目的主机的IP地址和端口号,却不晓得目的主机的硬件地址,而数据包首先是被网卡接收到再去处理下层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃。因此在通讯前必须取得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用。源主机收回ARP请求,询问“IP地址是10.0.0.1的主机的硬件地址是多少”,并将这个请求广播到当地网段(以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播),目的主机接收到广播的ARP请求,发现其中的IP地址与本机符合,则发送一个ARP应答数据包给源主机,将自己的硬件地址填写在应答包中。如下图所示

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    每台主机都维护一个ARP缓存表,可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时光(一般为20分钟),如果20分钟内没有再次应用某个表项,则该表项失效,下次还要发ARP请求来取得目的主机的硬件地址。

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各涌现一次,对于链路层为以太网的情况是多余的,但如果链路层是其它类型的网络则有多是须要的。硬件类型指链路层网络类型,1为以太网,协议类型指要转换的地址类型,0x0800为IP地址,后面两个地址长度对于以太网地址和IP地址分离为6和4(字节),op字段为1表示ARP请求,op字段为2表示ARP应答。

    

    地址解析协议的处理流程如下图:

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    

    每日一道理
无知者为梦想中的虚幻而苦苦等待,换回的不是所求的,而是岁月在脸上留下的印痕,一事无成的人一生便是虚度。生活中,与其花时光去等待,不如加快步伐去追寻理想,试着与时光赛跑,也许身躯、心理会感到劳累,但这样的生活毕竟是充实的。

    四、RARP(Reverse Address Resolution Protocol)

    跟ARP相反的协议,重要用于获取无盘工作站的ip地址,如下图所示,不再赘述。

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    

    五、ICMP(Internet Control Message Protocol)

    ICMP协议用于传递差错信息、时光、回显、网络信息等控制数据,如下图所示。

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    ICMP报文是封装在IP数据报文中停止传输的,如下图所示。

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    具体的类型和代码见下图。

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    六、利用ARP和ICMP协议解释ping程序

    先看下面的流程图,再来解释。

    主机地址linux网络编程之TCP/IP基础(二):利用ARP和ICMP协议解释ping命令

    

    步调a:应用程序ping会判断发送的是主机名还是IP地址,如果是主机名会调用函数gethostbyname()解析主机B,将主机名转换成一个32位的IP地址。这个过程叫做DNS域名解析。
步调b:ping程序向目的IP地址发送一个ICMP的ECHO包
步调c:将目标主机的IP地址转换为48位硬件地址,在局域网内发送ARP请求广播,查找主机B的硬件地址。
步调d:主机B的ARP协议层接收到主机A的ARP请求后,将本机的硬件地址填充到应答包,发送ARP应答到主机A。
步调e:发送ICMP数据包到主机B。
步调f:主机B接收到主机A的ICMP包,发送响应包。
步调g:主机A接收到主机B的ICMP包响应包。

    

    

    参考:

    《Linux C 编程一站式学习》

    《TCP/IP详解 卷一》

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录: 自从有了Photoshop,我再也不相信照片了!(没有Photoshop的年代,胶片照片年代做假的也不少,那时候都相信假的!)

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