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第四章网络层-TCP/IP协议1石高涛天津大学计算机科学与技术学院网络层概述ARPIPDHCP2本章的基本内容:3网络层主要是负责解决网络和网络之间的通信问题，而不是同一网段内部的通信。主要负责提供路由，即选择达到目的主机的最佳路径，并沿着该路径传送数据包。网络层的功能应用层传输层互联网络层网络接口和硬件层ICMPARPRARPIP以太网、令牌网、X.25、无线网、ATMSMTP,HTTP,FTPTCP

UDP4网络层中包含的4中重要协议IP:负责网际数据传输ICMP(Internet消息控制协议)：传送IP数据包传送过程中的状态信息。ARP(地址解析协议)：由IP地址向MAC地址的转换RARP(逆向地址解析协议)：由MAC转换成IP地址。网络层的功能应用层传输层互联网络层网络接口和硬件层ICMPARPRARPIP以太网、令牌网、X.25、无线网、ATMSMTP,HTTP,FTPTCP

UDP网络层概述ARPIPDHCP5本章的基本内容:IP是主机网络上的逻辑地址，但为了能让报文在物理网上传输，必须知道主机的物理地址。物理地址与IP地址的绑定会带来一定开销，因此，则需要一种机制进行两者之间的映射实现动态的分配和更换使用ARP协议可以完成对通信方MAC地址的获取ARP(地址解析协议)现有地址目的地址8需要地址目的物理地址00

E0

40

4D

7D解析（映射）到67ARP和TCP/IP协议栈SMTP(25)Telnet(23)FTP(21)HTTP(80)DNS(53)TFTP(69)Bootp(67)DHCP(68)SNMP(161)RIP(68)经由TCP经由UDPTCP传输控制协议

6用户数据报协议17端口号IP协议号传输层协议网络层协议Internet协议RARPARPIGRP(88)OSPF(80)ICMP(01)08068035底层物理层和链路层协议ARP服务对获取得到的MAC地址建立一个缓存列表，并定期进行更新缓存表中主要包含IP地址、物理地址、剩余时间ARP缓存列表8当主机A要和主机B通信时，主机A会先检查其ARP缓存内是否有主机B的MAC地址。如果没有，主机A会发送一个ARP请求广播包，此包内包含着其欲与之通信的主机的IP地址，也就是主机B的IP地址。ARP工作过程9当主机B收到此广播后，会将自己的MAC地址利用ARP协议响应包传给主机A，并更新自己的

ARP缓存。主机A在得到主机B的MAC地址后，就可以与主机B通信了。同时，主机A也将主机B的IP地址/MAC地址对保存在自己的ARP协议缓存内。ARP工作过程10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ARP代理代理ARPARP广播1112ARP消息封装在以太网（协议第二层）字段中ARP消息分为请求消息和应答消息ARP消息数据包以太网头部14BARP消息数据包，可变长以太网CRC-324B目的MAC地址6B源MAC地址6B类型字段2B2B硬件类型00012B协议类型08001硬件地址类型长度1B协议地址长度2B操作类型源硬件地址(MAC)源协议地址(IP)目的硬件地址全F目的协议地址LAN填充符8B首部变长地址字段ARP请求时为广播地址应答为请求主机的地址ARP请求时为请求主机地址应答为相应请求的主机地址0806表明该帧为

ARP请求消息13硬件类型字段定义了网络的类型，如以太网协议类型字段定义了网络层的协议类型，比如IPV4硬件地址长度和协议地址程度定义了硬件的地址长度和网络层协议的地址长度，不同的网络硬件地址长度会有不同。LAN填充符：填充到足够46个字节操作类型只有两个：请求和应答(0001,0002)ARP消息数据包以太网头部14BARP消息数据包，可变长以太网CRC-324B目的MAC地址6B源MAC地址6B类型字段2B2B硬件类

2B协议类

1B硬件地

1B协议

2B操作型

型

址类型长 地址长

类型0001

0800

度

度源硬件地址(MAC)源协议地址(IP)目的硬件地址全F目的协

LAN议地址 填充符8B首部变长地址字段网络层概述ARPIPDHCP14本章的基本内容:IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议，所有

UDP、TCP、ICMP数据都以IP包的数据报格式传输提供了不可靠、无连接的数据报传输服务不可靠是指尽量提供最好的数据传输，但不提供可靠性保证无连接：不维护任何后续数据报的状态信息，数据报的处理是独立的。所有Internet上的主机都必须遵循IP协议发送数据的主机需要按照IP协议装载数据，路由器需要按照IP协议转发数据包，接收数据需要按照IP协议拆卸数据。IP协议1516当一台路由器或者一台目的主机必须通知主机有关数据包处理中的错误时，必须使用ICMPICMP的特点：ICMP建立在IP之上，但是IP的组成部分ICMP是用来报告错误ICMP不能用来报告ICMP本身的错误ICMP只发送IP的第一个分段中的错误。当IP数据报的首部类型码为1时，表明封装的是

ICMP的数据。被封装的ICMP数据中定义了详细的消息类型和含义ICMP协议应用层传输层互联网络层网络接口和硬件层ICMPARPRARPIP以太网、令牌网、X.25、无线网、ATMSMTP,HTTP,FTPTCP

UDP动态主机设置协议（DHCP）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作主要有两个用途给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。使用DHCP动态配置机器IP要求必须有一台

DHCP服务器。需要分配IP的计算机必须明确进行设置。DHCP协议17DHCP工作过程发现阶段：即DHCP客户端寻找DHCP服务器的阶段。提供阶段：即DHCP服务器提供IP地址的阶段。选择阶段：即DHCP客户端选择某台DHCP服务器提供的IP地址的阶段。确认阶段：即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。DHCP协议18作用域：网络