《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》課件-項(xiàng)目7 了解ARP和ICMP

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：ARP和ICMP知識(shí)技能目標(biāo)：能夠用簡(jiǎn)單的ARP和ICMP命令素質(zhì)目標(biāo)：工程素質(zhì)項(xiàng)目考核任務(wù)一用帶參數(shù)的ping命令，使發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求包的數(shù)量為10個(gè)。用ping命令正向查詢互聯(lián)網(wǎng)上某主機(jī)的ip地址，反向查詢其名稱地址。結(jié)果截屏并解釋。任務(wù)二用TRACERT命令測(cè)試到某個(gè)知名網(wǎng)站之間的路徑，測(cè)試過(guò)程截屏，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋任務(wù)三用ARP命令查詢局域網(wǎng)上其他主機(jī)的物理地址。概述ARP、ICMP與IP協(xié)議均屬于網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。IP是網(wǎng)絡(luò)層中最主要的協(xié)議，而ARP與ICMP—般都視為輔助IP的協(xié)議7.1ARP協(xié)議ARP是地址解析協(xié)議(AddressResolutionProtocol)的縮寫。在學(xué)習(xí)ARP協(xié)議之前，首先看—下數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層地址的特性：

1．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層在傳遞信息包時(shí)，必須利用數(shù)據(jù)鏈路層地址(例如：以太網(wǎng)MAC地址)來(lái)識(shí)別目的設(shè)備。

2．網(wǎng)絡(luò)層在傳遞信息包時(shí)，必須利用網(wǎng)絡(luò)層地址(例如：IP地址)來(lái)識(shí)別目的設(shè)備。從上述特性我們可以得到以下推論：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層信息包要封裝為數(shù)據(jù)鏈路層信息包之前，必須先取得目的設(shè)備的MAC地址。以IP層為例，便是將取得MAC地址的工作交給ARP來(lái)執(zhí)行。

7.1.1ARP運(yùn)作方式ARP運(yùn)作的方式相當(dāng)簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程是由ARP請(qǐng)求(ARPRequest)與ARP應(yīng)答(ARPReply)兩種信息包所組成。1．ARP請(qǐng)求A計(jì)算機(jī)送出ARP請(qǐng)求信息包給局域網(wǎng)上所有的計(jì)算機(jī)。ARP請(qǐng)求信息包在鏈路層是屬于廣播信息包(即以太網(wǎng)廣播信息包，目的MAC地址填寫為全1)，因此局域網(wǎng)上的每—臺(tái)計(jì)算機(jī)都會(huì)收到此信息包。A計(jì)算機(jī)所送出的ARP請(qǐng)求信息包除了記錄所要解析對(duì)象的IP地址(即B計(jì)算機(jī)的IP地址)外，也會(huì)包含A計(jì)算機(jī)本身的IP地址與MAC地址。2．ARP應(yīng)答局域網(wǎng)內(nèi)的所有計(jì)算機(jī)都會(huì)收到ARP請(qǐng)求的信息，并與本身的IP地址對(duì)比，決定自己是否為要求解析的對(duì)象。以上例而言，B計(jì)算機(jī)為ARP要求的解析對(duì)象，因此只有B計(jì)算機(jī)會(huì)送出響應(yīng)的ARP應(yīng)答信息包。7.1.2ARP與IP路由

由于ARP只能解析同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MAC地址，因此，在整個(gè)IP路由過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)多次的ARP地址解析。例如：A計(jì)算機(jī)要傳送IP信息包給B計(jì)算機(jī)時(shí)，若途中必須經(jīng)過(guò)兩部路由器，總共需要進(jìn)行3次ARP解析的操作（見圖7-1）。7.1.3ARP高速緩存在ARP的解析過(guò)程中，由于ARP請(qǐng)求為數(shù)據(jù)鏈路層的廣播信息包，如果經(jīng)常出現(xiàn)，勢(shì)必造成局域網(wǎng)的沉重負(fù)擔(dān)。為了避免此問(wèn)題，在實(shí)際操作ARP時(shí)，通常會(huì)加入ARP高速緩存的設(shè)計(jì)

ARP高速緩存可將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP／MAC地址記錄在本地計(jì)算機(jī)上(通常是存儲(chǔ)在內(nèi)存中)。系統(tǒng)每次要解析MAC地址前，便先在ARP高速緩存中查看是否有符合的記錄。若ARP高速緩存中有符合的記錄，便直接使用；若ARP高速緩存中找不到符合的記錄，才需要發(fā)出ARP請(qǐng)求的廣播信息包。如此，不僅加快地址解析的過(guò)程，也可避免過(guò)多的ARP請(qǐng)求廣播信息包。ARP高速緩存所包含的記錄，按產(chǎn)生的方式，可分為動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩種記錄。1．動(dòng)態(tài)記錄

當(dāng)ARP完成每條IP／MAC地址的解析后，便會(huì)將結(jié)果存儲(chǔ)在ARP高速緩存中，供后續(xù)使用，以避免重復(fù)向同—對(duì)象請(qǐng)求地址解析。這些由ARP自動(dòng)產(chǎn)生的記錄即為動(dòng)態(tài)記錄。

以先前A、B計(jì)算機(jī)為例，當(dāng)A計(jì)算機(jī)通過(guò)ARP請(qǐng)求和ARP應(yīng)答取得B計(jì)算機(jī)的MAC地址后，便將B計(jì)算機(jī)的IP地址與對(duì)應(yīng)的MAC地址存儲(chǔ)在A計(jì)算機(jī)的ARP高速緩存中。ARP高速緩存的動(dòng)態(tài)記錄雖然可提高地址解析的性能，但是卻可能產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題。以先前A、B計(jì)算機(jī)為例，當(dāng)A計(jì)算機(jī)的ARP高速緩存中有B計(jì)算機(jī)MAC地址的記錄時(shí)，若B計(jì)算機(jī)發(fā)生故障、關(guān)機(jī)或更換網(wǎng)卡，A計(jì)算機(jī)因?yàn)闊o(wú)從得知，仍然會(huì)根據(jù)ARP高速緩存中的記錄將信息包傳送出去。這些信息包傳送出去后不會(huì)有任何設(shè)備加以處理，就好像丟到黑洞—樣有去無(wú)回，此種現(xiàn)象稱為“網(wǎng)絡(luò)黑洞”。

為了避免此種情況發(fā)生，ARP高速緩存中的動(dòng)態(tài)記錄必須有一定的壽命時(shí)間，超過(guò)此時(shí)間的記錄便會(huì)被刪除。

2．靜態(tài)記錄當(dāng)用戶已知某設(shè)備的IP／MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，可通過(guò)手動(dòng)的方式將它加入ARP高速緩存中，即為靜態(tài)記錄。由于ARP高速緩存存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，因此無(wú)論是動(dòng)態(tài)或靜態(tài)記錄，只要重新開機(jī)，全部都會(huì)消失。大部分操作系統(tǒng)都會(huì)提供ARP工具程序。Windows2000提供了ARP.EXE這個(gè)工具軟件，用于查看與編輯ARP高速緩存的內(nèi)容。用ARP–a命令可以查看ARP高速緩存中的當(dāng)前記錄，如：

c:\>arp–a用ARP–d命令可以刪除ARP高速緩存中的指定記錄。用ARP–s[IP地址][MAC地址]命令可以在ARP高速緩存中添加一條靜態(tài)記錄。7.2ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議是IP的輔助協(xié)議，可用來(lái)報(bào)告IP路由過(guò)程中的錯(cuò)誤。即在IP路由過(guò)程中，發(fā)生路由器找不到合適的路徑或IP信息包無(wú)法傳送出去等問(wèn)題時(shí)，便可利用ICMP來(lái)傳送相關(guān)的信息。ICMP信息包有多種類型，以下介紹幾種常見的類型。

響應(yīng)請(qǐng)求與響應(yīng)應(yīng)答（EchoRequest/EchoReply）是最常見的ICMP信息包類型，主要用來(lái)排解網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，包括IP路由的設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)連接等等。以A、B計(jì)算機(jī)為例，首先A主動(dòng)發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求信息包給B，然后B收到請(qǐng)求信息包后，被動(dòng)發(fā)出響應(yīng)應(yīng)答信息包給A。由于ICMP信息包都是封裝成IP信息包的形式來(lái)傳送，故若能完成上述過(guò)程，A便可以確認(rèn)：B設(shè)備存在且運(yùn)作正常；A、B之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀況正常；A、B之間的IP路由正常。無(wú)法送達(dá)目的地?zé)o法送達(dá)目的地（DestinationUnreachable）也是常見的ICMP信息包類型。在路由過(guò)程中若出現(xiàn)下列問(wèn)題，路由器或目的設(shè)備便會(huì)發(fā)出此類型的ICMP信息包，通知IP信息包的來(lái)源端：（1）路由器無(wú)法將IP信息包傳送出去。如：在路由表中找不到合適的路徑，或是連接中斷而無(wú)法將信息包從合適的路徑傳出。（2）目的設(shè)備無(wú)法處理收到的IP信息包。如：目的設(shè)備無(wú)法處理IP信息包內(nèi)所裝載的傳輸層協(xié)議。降低來(lái)源端傳送速度

當(dāng)路由器因?yàn)閬?lái)往的IP信息包太多，以至于來(lái)不及處理時(shí)，便會(huì)發(fā)出降低來(lái)源端傳送速度（SourceQuench）的ICMP信息包給IP信息包的來(lái)源端設(shè)備。在正式文件中并未規(guī)定路由器發(fā)出降低來(lái)源端傳送速度的條件。在實(shí)際操作時(shí)，廠商通常是以路由器的CPU或緩沖區(qū)的負(fù)荷作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，例如：路由器的緩沖區(qū)使用量到達(dá)85%時(shí)，便會(huì)發(fā)出降低來(lái)源端傳送速度的信息包。重定向當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)主機(jī)所選的路徑并非最佳路徑時(shí)，會(huì)發(fā)出ICMP重定向（Redirection）信息包，通知主機(jī)較佳的路徑。以圖7-5為例，當(dāng)A要傳送IP信息包給B時(shí)，假設(shè)最佳路徑是通過(guò)R1路由器傳送至B?？墒怯捎谀撤N因素(不當(dāng)?shù)脑O(shè)置或網(wǎng)絡(luò)連接的變動(dòng))，A將IP信息包送至R2路由器，而R2路由器從本身的路由表發(fā)現(xiàn)，A至B的最佳路徑應(yīng)通過(guò)R1路由器，則R2會(huì)發(fā)出重定向的ICMP信息包給A。傳送超時(shí)IP報(bào)頭記錄了信息包的存活時(shí)間，其主要功能是為了防止IP信息包在不當(dāng)?shù)穆酚山Y(jié)構(gòu)中永無(wú)止境地傳送。當(dāng)路由器收到存活時(shí)間為1的IP信息包時(shí)，會(huì)將此IP信息包丟棄，然后送出傳送超時(shí)(TimeExceeded)的ICMP信息包給IP信息包的來(lái)源設(shè)備。7.3ICMP工具大部分操作系統(tǒng)都會(huì)提供一些ICMP工具程序，方便用戶測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連線狀況。以下便以Windows2000為例，介紹數(shù)種常見的ICMP工具程序。7.3.1PINGPING工具程序可用來(lái)發(fā)出ICMP響應(yīng)請(qǐng)求信息包。網(wǎng)管人員可利用PING工具程序，發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求給特定的主機(jī)或路由器，以診斷網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題。

PING的語(yǔ)法如下：

PING[參數(shù)][網(wǎng)址或IP地址]參數(shù)含義-a執(zhí)行DNS反向查詢（由IP地址查出完整域名），默認(rèn)不執(zhí)行此查詢。-i<存活時(shí)間>設(shè)置IP信息包的存活時(shí)間，默認(rèn)為32。-n<次數(shù)>每次執(zhí)行時(shí)，發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求信息包的數(shù)目，默認(rèn)為4次。-t持續(xù)發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求直到按ctrl+c才停止。-w<等待時(shí)間>等待響應(yīng)應(yīng)答的時(shí)間。<等待時(shí)間>的單位為千分之一秒，默認(rèn)值為1000，即1秒。當(dāng)您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接異常時(shí)，可參考下列步驟，利用PING工具程序，由近而遠(yuǎn)逐步鎖定問(wèn)題所在。1．ping127．0．0．1127．0．0．1是所謂的Loopback地址。目的地址為127．0．0．1的信息包不會(huì)送到網(wǎng)絡(luò)上，而是送至本機(jī)的Loopback驅(qū)動(dòng)程序。此操作主要用來(lái)測(cè)試本地主機(jī)的TCP／IP協(xié)議是否正常運(yùn)作。2．ping本機(jī)IP地址若步驟1中本機(jī)TCP／IP設(shè)置正確，接下來(lái)可試試看網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否正常。若網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有問(wèn)題(例如：舊式網(wǎng)卡的IRQ設(shè)置有誤)，則不會(huì)響應(yīng)。3．ping對(duì)外連接的路由器也就是PING“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”的IP地址，若成功，代表內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與對(duì)外連接的路由器正常。4．ping互聯(lián)網(wǎng)上計(jì)算機(jī)的IP地址您可以隨便找一臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)，PING它的IP地址。如果有響應(yīng)，代表IP設(shè)置全部正常。5．ping互聯(lián)網(wǎng)上計(jì)算機(jī)的名稱地址您可以隨便找—臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)，PING它的網(wǎng)址，例如：www．sina．com．cn，如果有響應(yīng)，代表DNS設(shè)置無(wú)誤。7.3.2TRACERT或tracerouteTRACERT（在路由器上是traceroute命令）工具程序可找出至目的IP地址所經(jīng)過(guò)的路由器。先來(lái)看看TRACERT的工作過(guò)程。首先假設(shè)如下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境若從A主機(jī)執(zhí)行TRACERT，并將目的地設(shè)為B主機(jī)，TRACERT會(huì)利用以下步驟，找出沿途所經(jīng)過(guò)的路由器(見圖7-7)。1．發(fā)出響應(yīng)請(qǐng)求信息包，該信息包的目的地設(shè)為B，存活時(shí)間設(shè)為1。為了方便說(shuō)明，我們將所有信息包都加以命名，此信息包命名為“響應(yīng)請(qǐng)求1”。2．R1路由器收到“響應(yīng)請(qǐng)求1”后，因?yàn)榇婊顣r(shí)間為1，因此會(huì)丟棄此信息包，然后發(fā)出“傳送超時(shí)1”給A。3．A收到“傳送超時(shí)1”之后，便可得知到R1為路由過(guò)程中的第一部路由器。接著，A再發(fā)出“響應(yīng)請(qǐng)求2”，

目的地設(shè)為B的IP地址，存活時(shí)間設(shè)為2。4．“響應(yīng)請(qǐng)求2”會(huì)先送到R1，然后再轉(zhuǎn)送至R2。到達(dá)R2時(shí)，“響應(yīng)請(qǐng)求2”的存活時(shí)間為1，因此，R2會(huì)丟棄此信息包，然后傳送“傳送超時(shí)2”給A。5．A收到“傳送超時(shí)2”之后，便可得知到R2為路由過(guò)程中的第二部路由器。接著，A再發(fā)出“響應(yīng)請(qǐng)求3”，

目的地設(shè)為B的IP地址，存活時(shí)間設(shè)為3。6．“響應(yīng)請(qǐng)求3”會(huì)通過(guò)R1、R2然后轉(zhuǎn)送至B。B收到此信息包后便會(huì)響應(yīng)“響應(yīng)應(yīng)答1”給A。7．A收到“響應(yīng)應(yīng)答1”之后便大功告成。

路由器至少會(huì)有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。利用TRACERT所得到的是路由器“本地”接口的IP地址。以上例而言，A利用TRACERT可得知R1連接A所在網(wǎng)絡(luò)的接口，以及R2連接R1所在網(wǎng)絡(luò)的接口。再介紹一下TRACERT的語(yǔ)法與參數(shù)TRACERT的語(yǔ)法如下：TRACERT[參數(shù)][網(wǎng)址或IP地址]以下為TRACERT常用的參數(shù)(見下表)參數(shù)含義-dTRACERT默認(rèn)會(huì)執(zhí)行DNS反向查詢，若不要反向查詢，則使用此參數(shù)-