第2章TCPIP協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層arp 網(wǎng)絡(luò)接口層

22.3.26上課記錄筆記。-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

ARP

地址解析協(xié)議 ip地址到MAC地址的解析。

RARP （Reverse ARP）逆地址解析協(xié)議 將MAC地址解析為IP地址。

ARP的功能：

1 將IP解析為MAC地址

2 維護(hù)ARP緩存表（ip和mac的映射關(guān)系）

以太網(wǎng) 技術(shù) 主要用于局域網(wǎng)中，其發(fā)展可歸納為以下階段：

1 傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù) 典型標(biāo)志：傳輸速率10Mbps

組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 10base2 10base5 10baseT

Base 基帶信號(hào) （2,5 分別表示的早期的使用同軸電纜的以太網(wǎng)絡(luò)，2表示使用細(xì)纜其最大傳輸為185米，5表示使用粗纜最大傳輸距離為500米，T表示TP雙絞線，后期發(fā)展中用TP代替了同軸電纜）

2 快速以太網(wǎng)技術(shù) 典型標(biāo)志：傳輸速率100Mbps

組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 100BASET 100BaseF等等F代表fiber光纖

3 高速以太網(wǎng)技術(shù) 典型標(biāo)志：傳輸速率1000Mbps（1G）或更高

組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： 1000BaseFX 1000BaseT4 1000baseSX

MAC地址 物理地址 硬件地址 網(wǎng)卡地址

對(duì)于地址要求？

如何指定？如何保證唯一性？

1） 網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)網(wǎng)卡時(shí)就將MAC地址燒錄至芯片中

2） 唯一性？

MAC的地址基本特征：

多用48bit的二進(jìn)制信息來(lái)表示。

MAC地址的指派： 前24bit（OUI）公司統(tǒng)一標(biāo)識(shí)符

后24bit 由公司來(lái)統(tǒng)一管理以區(qū)分其生產(chǎn)的網(wǎng)卡

ARP協(xié)議的工作過(guò)程

假設(shè)A訪問(wèn)B 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層封裝完IP包即封裝了源IP即A的ip地址，目的IP即B的ip地址

繼續(xù)傳輸，需要再數(shù)據(jù)鏈路層封裝時(shí)，就需要A,B的物理地址即，MAC地址來(lái)進(jìn)一步封裝

首先 查看A的ARP緩存表，是否有關(guān)于B的IP的地址的記錄。

如果有，那么直接取出封裝！

如果沒(méi)有，A設(shè)備則在其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)送ARP請(qǐng)求包，（廣播包）

當(dāng)目的設(shè)備收到時(shí)，將向A發(fā)送ARP響應(yīng)包（單播），并同時(shí)學(xué)習(xí)目的設(shè)備發(fā)來(lái)的ip和mac地址，并將這個(gè)記錄在ARP緩存表中。

注意：二層MAC地址類型（思考如何實(shí)現(xiàn)二層的廣播、組播、單播）

1 廣播MAC地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF

2 組播MAC地址 01-00-5E- - -

3 單播MAC地址 確定的某個(gè)MAC地址

ARP的工作過(guò)程？（一個(gè)網(wǎng)段及不同網(wǎng)段？）

主要區(qū)別：

一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)目的MAC地址封裝的是目的設(shè)備的MAC地址，不同網(wǎng)段內(nèi)目的MAC地址封裝的是網(wǎng)關(guān)的MAC地址。

注意：1 一個(gè)網(wǎng)段與不同網(wǎng)段的核心區(qū)別是什么？

2 網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)關(guān)的意義？

網(wǎng)絡(luò)接口層

TCP/IPV4協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)接口層包含了OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口（計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡、路由器的接口）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能。

數(shù)據(jù)鏈路層

常見(jiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有CSMA/CD（應(yīng)用于以太局域網(wǎng)中）、CSMA/CA（應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)中WLAN），PPP、HDLC、幀中繼、X.25等（應(yīng)用于廣域網(wǎng)中WAN），這些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都具備三個(gè)基本功能，即封裝成幀、透明傳輸和差錯(cuò)檢測(cè)。

1） 封裝成幀

數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元為幀。

幀的普適性格式為：幀頭+數(shù)據(jù)包（packet：來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)層ip協(xié)議）+幀尾

不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議幀頭和幀尾封裝的內(nèi)容略有不同，但功能類似。（另外，關(guān)注的就是前面講述的關(guān)于ip分片與重組，涉及到不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議其封裝的數(shù)據(jù)荷載長(zhǎng)度限制不同，就是我們說(shuō)的MTU，以太網(wǎng)鏈路MTU為1500字節(jié)）

幀頭主要實(shí)現(xiàn)的功能：①幀定界（標(biāo)志幀的開(kāi)始、結(jié)束）

②編址 （源地址、目的地址（對(duì)于以太網(wǎng)，使用MAC地址））

幀尾主要實(shí)現(xiàn)的功能：差錯(cuò)檢測(cè)

2） 透明傳輸

目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)傳輸內(nèi)容的用戶無(wú)關(guān)性。

背景：不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議選擇的轉(zhuǎn)義字符不同。若傳輸內(nèi)容與轉(zhuǎn)義符一致會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。

方法：比如：PPP協(xié)議中零比特插入法

（工作原理：為了解決透明傳輸位流，避免傳輸?shù)奈涣髦泻小?1111110”模式，數(shù)據(jù)鏈路層成幀機(jī)制采用位填充技術(shù)，即“0”）插入技術(shù)。“0”位插入技術(shù)是指發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行掃描并計(jì)數(shù)，若遇到連續(xù)5個(gè)“1”位時(shí)，自動(dòng)在其后插入1個(gè)“0”位。當(dāng)接收方收到連續(xù)5個(gè)“1”位，且后面跟著1個(gè)“0”位時(shí)，則判斷該“0”位為發(fā)送方填充的，自動(dòng)將其刪去。）

例如：發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)是01111100110 經(jīng)ppp協(xié)議0比特插入法后，實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)是：011111000110

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的主要協(xié)議csma/cd carrier sense multi access collision detection

帶有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)控制技術(shù)

作用：在共享環(huán)境中解決介質(zhì)的訪問(wèn)控制問(wèn)題

1 先聽(tīng)后發(fā) (發(fā)送前監(jiān)聽(tīng)信道，判斷信道是否空閑，閑則發(fā)送忙則等待)

2 邊發(fā)邊聽(tīng)（以避免同發(fā)而后續(xù)引發(fā)沖突）

3 沖突停止

4延時(shí)再發(fā)（計(jì)算退避時(shí)間，等待退避時(shí)間后再發(fā)送）

Csma/cd主要應(yīng)用于以太網(wǎng)的共享局域環(huán)境中，但是對(duì)于全雙工狀態(tài)下則不再采用

對(duì)于WLAN無(wú)線局域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)鏈路層采用CSMA/CA carrier sense multi access collision avoidance 帶有沖突避免的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)控制技術(shù)，來(lái)解決無(wú)線局域環(huán)境中的介質(zhì)訪問(wèn)控制問(wèn)題。

3) 差錯(cuò)檢測(cè)

現(xiàn)實(shí)的通信鏈路都不會(huì)是理想的。這就是說(shuō)，比特在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢驗(yàn)措施。目前在數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check，CRC）的差錯(cuò)檢驗(yàn)技術(shù)。

差錯(cuò)檢測(cè)在幀尾實(shí)現(xiàn)，這個(gè)字段叫幀校驗(yàn)序列（Frame Check Sequence，F(xiàn)CS）。

幀的數(shù)據(jù)部分和數(shù)據(jù)鏈路層首部計(jì)算出幀校驗(yàn)序列（FCS）。不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議幀校驗(yàn)序列的長(zhǎng)度和算法也不盡相同。如CRC算法。

CRC校驗(yàn)碼的計(jì)算方法：

1. 將生成多項(xiàng)式轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位串，記為G

2. 將待傳輸?shù)男畔⑽贿M(jìn)行r（crc校驗(yàn)碼的位數(shù)，由生成多項(xiàng)式的最高次冪決定）位的模2乘法運(yùn)算，其結(jié)果就是在原信息位后面加了r個(gè)0.記為M

3. 將M除以G，余數(shù)即為CRC校驗(yàn)碼。（除法過(guò)程，取余規(guī)則采用異或邏輯操作）

物理層：

物理層設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的是如何在連接開(kāi)放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流；

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計(jì)物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信技術(shù)的差異性；

數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過(guò)與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物理層，通過(guò)物理層按比特流的順序，將信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體。

物理層元素：

? 物理介質(zhì)和相關(guān)連接器

? 介質(zhì)中位的表示

? 數(shù)據(jù)和控制信息編碼

? 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的發(fā)送端和接收端電路

物理層的接口特征

? 機(jī)械特性

? 電氣特性

? 功能特性

? 規(guī)程特性

TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)

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