毕业设计之路(3)——以太网协议与ARP协议

对于不是网络工程学院的孩子，关于网络方面的了解真是一张白纸。TCP/IP以前听说过，认真看起来真头疼，不过协议是死的，多看几遍就熟悉了。

看看书，了解一下TCP/IP有关概念，否则后续工作开展不下去。

TCP/IP协议分为4层。

• 应用层——Telent, FTP, HTTP, SMTP
• 传输层——TCP, UDP (ICMP, IGMP)
• 网络层——IP, ARP
• 链路层——设备驱动（PPP， 以太网， FDDI等）

注：ARP属于网络层和链路层的通道。括号内的ICMP和IGMP协议，有人将其归为网络层。

了解一下几个比较重要的协议。

以太网协议

Ethernet II标准是一种比较旧的以太网标准。后来IEEE又创立了IEEE802.3标准。

首先看Ethernet II帧的封装。本来想照书上画个图直观的，可不知道怎么画，用什么软件可以画出来那样。哎。

• 报头：供8字节，其中前7字节是连续的0xAA,用于同步，然后是一个0xAB,它表示帧开始的地方。它提供了同步和前定界的功能。
• 目标地址：长度是6字节，表示目标节点的地址，它可能是单播、多播、广播地址，单播即物理地址，也叫MAC地址。广播地址一般是0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF,广播地址可以通过网桥，但通不过网关。
• 源地址：与上面相同，但它只能是单播地址。
• 以太网类型：长度是两字节，用来表示有效负载上的协议。0x0800为IP报，0x0806为ARP报，0x8035为RARP报，0x86DD为IPv6报，0x880B为PPP报（基于以太网的PPP报）。
• 有效负载：Ethernet II帧最大负载时1500字节，最小为46字节。
• 帧检查序列：长度4字节，用于检查帧的完整性，其原理和PPP帧的检查序列一样。

下面是IEEE802.3帧的封装。

• 报头、目标地址、源地址：与Ethernet II相同。
• 长度：指从DSAP开始到有效负载的最后一位的字节数。最大值1500，最小值为46.
• DSAP：长度是1字节，表明目标节点的下一层的协议类型，如SNAP为0xAA.
• SSAP：与DSAP相同，表示源节点下一层的协议类型。
• 控件：长度可能是2字节，有可能是1字节。取决于在该层协议的可靠传输服务，单字节为不可靠的连接服务，2字节为面向连接的可靠服务。但IP报和ARP报都不使用面向连接的可靠服务，，所以它们的控件都是1字节、用0x03来表示。

由上可看出，Ethernet II与IEEE802.3帧的不同之处就是以太网类型变成了帧长度。可以把IEEE802.3帧的DSAP、SSAP、控件都看做Ethernet II帧有效负载的一部分。所有在接收到一帧数据时，判断它是Ethernet II帧还是IEEE802.3帧可以由Ethernet II帧的以太网类型来判断，大于等于1500（0x05DC）就是Ethernet II帧，小于1500就是IEEE802.3帧。

ARP协议

称为地址解析协议，是联系IP协议和LAN协议的桥梁，应用范围是局域网(LAN)，是基于访问共享和广播技术的协议。该协议把节点的IP解析成对应的MAC地址（也叫物理地址），它可以在局域网内寻找IP所对应的MAC地址，并保存起来以供发送使用。它是基于数据链路层协议之上的，但不属于网络层协议。

ARP有两种帧组成， 请求帧和应答帧。前者即在网络里面查找IP地址对应的MAC地址。后者即回答该IP地址对应的MAC地址是多少。工作过程是这样的，请求帧由要发IP报的节点发出，它是一个广播报，子网内的所有节点都能够收到。各节点收到后，如果目标IP和自己的IP相同，就发送一个ARP应答报；否则就扔掉。当发送请求帧的节点接收到应答报后，就知道了对方的MAC地址，即可发送IP报。

再看 ARP缓存表，它是一个保存网络内IP地址和对应MAC地址的缓存表。在发送IP报时，首先查看ARP缓存表中目标IP是否有对应的MAC地址。如果有就直接发送；否则，就向网络发送ARP请求帧，并等待ARP应答帧。如果没有APR应答报回复，就取消IP的发送。另外一种情况是收到正确的ARP应答帧时，就要更新ARP缓存表，并把IP报发送出去。ARP缓存表的表项都有一个 生存时间，生存时间和系统时间相对应，表项生存时间为0时表示该表项失效，重新发ARP请求帧后得到正确的IP地址对应的MAC地址时恢复生存时间。

ARP帧的以太网类型是0x0806，ARP帧不包含IP帧，ARP帧过不了IP路由器。

下面说明ARP帧的结构。

• 硬件类型：2字节，指出数据链路层的协议。如0x0001表示以太网。
• 协议类型：2字节，指出要解析的协议。如0x0800表示IP协议，即指出ARP报要解析的协议时IP协议。
• 硬件地址长度：1字节，指出物理地址的长度，单位是字节，如以太网地址的长度是6字节，该字段就是0x06.
• 协议地址长度：1字节，指出要解析的协议地址的长度，单位是字节。如IP协议的IP地址长度是4字节，该字段就是0x04.
• 操作：2字节，用于表示该ARP帧的类型，如0x0001表示ARP请求帧，0x0002表示ARP应答帧，0x0008表示反转ARP请求帧，0x0009表示反转ARP应答帧（反转ARP帧只用在帧中继）。
• 发送端硬件地址：它的长度等于硬件地址长度的值，如以太网是6字节。在以太网中它是发送端节点的MAC地址。
• 发送端协议地址：它的长度等于协议地址长度的值，如IP协议是4字节。用IP协议时，它是本节点的IP地址。
• 接收端硬件地址：它的长度等于硬件地址长度的值，如以太网是6字节。在以太网中它是接收端节点的MAC地址。如果是发送请求帧，它是0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00.
• 接收端协议地址：它的长度等于协议地址长度的值，如IP协议是4字节。用IP协议时，它是接收端节点的IP地址。