《计算机网络与通信》课件-项目7 了解ARP和ICMP

学习目标知识目标：ARP和ICMP知识技能目标：能够用简单的ARP和ICMP命令素质目标：工程素质项目考核任务一用带参数的ping命令，使发出响应请求包的数量为10个。用ping命令正向查询互联网上某主机的ip地址，反向查询其名称地址。结果截屏并解释。任务二用TRACERT命令测试到某个知名网站之间的路径，测试过程截屏，并对结果进行解释任务三用ARP命令查询局域网上其他主机的物理地址。概述ARP、ICMP与IP协议均属于网络层的协议。IP是网络层中最主要的协议，而ARP与ICMP—般都视为辅助IP的协议7.1ARP协议ARP是地址解析协议(AddressResolutionProtocol)的缩写。在学习ARP协议之前，首先看—下数据链路层与网络层地址的特性：

1．数据链路层在传递信息包时，必须利用数据链路层地址(例如：以太网MAC地址)来识别目的设备。

2．网络层在传递信息包时，必须利用网络层地址(例如：IP地址)来识别目的设备。从上述特性我们可以得到以下推论：当网络层信息包要封装为数据链路层信息包之前，必须先取得目的设备的MAC地址。以IP层为例，便是将取得MAC地址的工作交给ARP来执行。

7.1.1ARP运作方式ARP运作的方式相当简单，整个过程是由ARP请求(ARPRequest)与ARP应答(ARPReply)两种信息包所组成。1．ARP请求A计算机送出ARP请求信息包给局域网上所有的计算机。ARP请求信息包在链路层是属于广播信息包(即以太网广播信息包，目的MAC地址填写为全1)，因此局域网上的每—台计算机都会收到此信息包。A计算机所送出的ARP请求信息包除了记录所要解析对象的IP地址(即B计算机的IP地址)外，也会包含A计算机本身的IP地址与MAC地址。2．ARP应答局域网内的所有计算机都会收到ARP请求的信息，并与本身的IP地址对比，决定自己是否为要求解析的对象。以上例而言，B计算机为ARP要求的解析对象，因此只有B计算机会送出响应的ARP应答信息包。7.1.2ARP与IP路由

由于ARP只能解析同一网络内的MAC地址，因此，在整个IP路由过程中，会出现多次的ARP地址解析。例如：A计算机要传送IP信息包给B计算机时，若途中必须经过两部路由器，总共需要进行3次ARP解析的操作（见图7-1）。7.1.3ARP高速缓存在ARP的解析过程中，由于ARP请求为数据链路层的广播信息包，如果经常出现，势必造成局域网的沉重负担。为了避免此问题，在实际操作ARP时，通常会加入ARP高速缓存的设计

ARP高速缓存可将网络设备的IP／MAC地址记录在本地计算机上(通常是存储在内存中)。系统每次要解析MAC地址前，便先在ARP高速缓存中查看是否有符合的记录。若ARP高速缓存中有符合的记录，便直接使用；若ARP高速缓存中找不到符合的记录，才需要发出ARP请求的广播信息包。如此，不仅加快地址解析的过程，也可避免过多的ARP请求广播信息包。ARP高速缓存所包含的记录，按产生的方式，可分为动态与静态两种记录。1．动态记录

当ARP完成每条IP／MAC地址的解析后，便会将结果存储在ARP高速缓存中，供后续使用，以避免重复向同—对象请求地址解析。这些由ARP自动产生的记录即为动态记录。

以先前A、B计算机为例，当A计算机通过ARP请求和ARP应答取得B计算机的MAC地址后，便将B计算机的IP地址与对应的MAC地址存储在A计算机的ARP高速缓存中。ARP高速缓存的动态记录虽然可提高地址解析的性能，但是却可能产生一个问题。以先前A、B计算机为例，当A计算机的ARP高速缓存中有B计算机MAC地址的记录时，若B计算机发生故障、关机或更换网卡，A计算机因为无从得知，仍然会根据ARP高速缓存中的记录将信息包传送出去。这些信息包传送出去后不会有任何设备加以处理，就好像丢到黑洞—样有去无回，此种现象称为“网络黑洞”。

为了避免此种情况发生，ARP高速缓存中的动态记录必须有一定的寿命时间，超过此时间的记录便会被删除。

2．静态记录当用户已知某设备的IP／MAC地址的对应关系后，可通过手动的方式将它加入ARP高速缓存中，即为静态记录。由于ARP高速缓存存储在计算机的内存中，因此无论是动态或静态记录，只要重新开机，全部都会消失。大部分操作系统都会提供ARP工具程序。Windows2000提供了ARP.EXE这个工具软件，用于查看与编辑ARP高速缓存的内容。用ARP–a命令可以查看ARP高速缓存中的当前记录，如：

c:\>arp–a用ARP–d命令可以删除ARP高速缓存中的指定记录。用ARP–s[IP地址][MAC地址]命令可以在ARP高速缓存中添加一条静态记录。7.2ICMP协议ICMP协议是IP的辅助协议，可用来报告IP路由过程中的错误。即在IP路由过程中，发生路由器找不到合适的路径或IP信息包无法传送出去等问题时，便可利用ICMP来传送相关的信息。ICMP信息包有多种类型，以下介绍几种常见的类型。

响应请求与响应应答（EchoRequest/EchoReply）是最常见的ICMP信息包类型，主要用来排解网络问题，包括IP路由的设置、网络连接等等。以A、B计算机为例，首先A主动发出响应请求信息包给B，然后B收到请求信息包后，被动发出响应应答信息包给A。由于ICMP信息包都是封装成IP信息包的形式来传送，故若能完成上述过程，A便可以确认：B设备存在且运作正常；A、B之间的网络连接状况正常；A、B之间的IP路由正常。无法送达目的地无法送达目的地（DestinationUnreachable）也是常见的ICMP信息包类型。在路由过程中若出现下列问题，路由器或目的设备便会发出此类型的ICMP信息包，通知IP信息包的来源端：（1）路由器无法将IP信息包传送出去。如：在路由表中找不到合适的路径，或是连接中断而无法将信息包从合适的路径传出。（2）目的设备无法处理收到的IP信息包。如：目的设备无法处理IP信息包内所装载的传输层协议。降低来源端传送速度

当路由器因为来往的IP信息包太多，以至于来不及处理时，便会发出降低来源端传送速度（SourceQuench）的ICMP信息包给IP信息包的来源端设备。在正式文件中并未规定路由器发出降低来源端传送速度的条件。在实际操作时，厂商通常是以路由器的CPU或缓冲区的负荷作为衡量标准，例如：路由器的缓冲区使用量到达85%时，便会发出降低来源端传送速度的信息包。重定向当路由器发现主机所选的路径并非最佳路径时，会发出ICMP重定向（Redirection）信息包，通知主机较佳的路径。以图7-5为例，当A要传送IP信息包给B时，假设最佳路径是通过R1路由器传送至B。可是由于某种因素(不当的设置或网络连接的变动)，A将IP信息包送至R2路由器，而R2路由器从本身的路由表发现，A至B的最佳路径应通过R1路由器，则R2会发出重定向的ICMP信息包给A。传送超时IP报头记录了信息包的存活时间，其主要功能是为了防止IP信息包在不当的路由结构中永无止境地传送。当路由器收到存活时间为1的IP信息包时，会将此IP信息包丢弃，然后送出传送超时(TimeExceeded)的ICMP信息包给IP信息包的来源设备。7.3ICMP工具大部分操作系统都会提供一些ICMP工具程序，方便用户测试网络连线状况。以下便以Windows2000为例，介绍数种常见的ICMP工具程序。7.3.1PINGPING工具程序可用来发出ICMP响应请求信息包。网管人员可利用PING工具程序，发出响应请求给特定的主机或路由器，以诊断网络的问题。

PING的语法如下：

PING[参数][网址或IP地址]参数含义-a执行DNS反向查询（由IP地址查出完整域名），默认不执行此查询。-i<存活时间>设置IP信息包的存活时间，默认为32。-n<次数>每次执行时，发出响应请求信息包的数目，默认为4次。-t持续发出响应请求直到按ctrl+c才停止。-w<等待时间>等待响应应答的时间。<等待时间>的单位为千分之一秒，默认值为1000，即1秒。当您发现网络连接异常时，可参考下列步骤，利用PING工具程序，由近而远逐步锁定问题所在。1．ping127．0．0．1127．0．0．1是所谓的Loopback地址。目的地址为127．0．0．1的信息包不会送到网络上，而是送至本机的Loopback驱动程序。此操作主要用来测试本地主机的TCP／IP协议是否正常运作。2．ping本机IP地址若步骤1中本机TCP／IP设置正确，接下来可试试看网络设备是否正常。若网络设备有问题(例如：旧式网卡的IRQ设置有误)，则不会响应。3．ping对外连接的路由器也就是PING“默认网关”的IP地址，若成功，代表内部网络与对外连接的路由器正常。4．ping互联网上计算机的IP地址您可以随便找一台互联网上的计算机，PING它的IP地址。如果有响应，代表IP设置全部正常。5．ping互联网上计算机的名称地址您可以随便找—台互联网上的计算机，PING它的网址，例如：www．sina．com．cn，如果有响应，代表DNS设置无误。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地址所经过的路由器。先来看看TRACERT的工作过程。首先假设如下的网络环境若从A主机执行TRACERT，并将目的地设为B主机，TRACERT会利用以下步骤，找出沿途所经过的路由器(见图7-7)。1．发出响应请求信息包，该信息包的目的地设为B，存活时间设为1。为了方便说明，我们将所有信息包都加以命名，此信息包命名为“响应请求1”。2．R1路由器收到“响应请求1”后，因为存活时间为1，因此会丢弃此信息包，然后发出“传送超时1”给A。3．A收到“传送超时1”之后，便可得知到R1为路由过程中的第一部路由器。接着，A再发出“响应请求2”，

目的地设为B的IP地址，存活时间设为2。4．“响应请求2”会先送到R1，然后再转送至R2。到达R2时，“响应请求2”的存活时间为1，因此，R2会丢弃此信息包，然后传送“传送超时2”给A。5．A收到“传送超时2”之后，便可得知到R2为路由过程中的第二部路由器。接着，A再发出“响应请求3”，

目的地设为B的IP地址，存活时间设为3。6．“响应请求3”会通过R1、R2然后转送至B。B收到此信息包后便会响应“响应应答1”给A。7．A收到“响应应答1”之后便大功告成。

路由器至少会有两个网络接口。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连接A所在网络的接口，以及R2连接R1所在网络的接口。再介绍一下TRACERT的语法与参数TRACERT的语法如下：TRACERT[参数][网址或IP地址]以下为TRACERT常用的参数(见下表)参数含义-dTRACERT默认会执行DNS反向查询，若不要反向查询，则使用此参数-