TCPIP基本原理二章网络接口层.pptVIP

TCP/IP基本原理第二章 网络接口层 本章学习要求： 掌握：帧及其封装、物理地址、多宿主计算机的概念 掌握：网络接口层的任务、功能和主要责任 掌握：以太网物理地址的表示方法 掌握：网络接口层和链路层的关系 掌握：ARP协议、RARP协议和PPP协议的工作原理 掌握：ARP协议、RARP协议和PPP协议的帧格式 了解：查询本机的物理地址的方法 了解：熟练使用ARP命令 2.1 网络接口层的任务 任务：TCP/IP栈的底层是网络接口层。该层的任务是定义计算机怎样连接网络。它并不规定主机所在网络的类型，而是主机所在的网络支配网络接口层使用什么样的驱动程序。主机必须根据网络拓扑的规则发送和接收数据。 主要责任： 识别网络节点或计算机； 将从网络介质接收到的比特组合为帧，控制帧的大小； 将IP地址转化为局域网地址； 控制数据流； 封装并传输流出的数据； 检测错误但不修正； 为Internet层提供服务（如服务质量）和编址能力（单播、广播、组播）。 2.1.1 帧结构 不同的网络协议有不同的帧结构。我们以802.3网为例，说明上层协议发送的数据组成帧的净载数据，并通过物理介质发送到目的主机中。 2.1.2 物理地址 数据帧中用到的源地址和目的地址是物理地址。它是分配给网卡的一组号码。物理地址也叫： 硬件地址 网络接口卡(NIC)地址 物理地址 以太网地址（如果局域网使用以太网） 介质访问控制器(MAC)地址（如果局域网使用以太网） 计算机的物理地址有两种类型，固定地址和可配置地址。有些网卡，如 proNET 和 ARCNET，它们的它们的物理地址是可以改变的，因此也称为可配置网卡，而以太网卡的物理地址是固定的，不能改变。它是在生产网卡是就固化在网卡上了。 以太网的物理地址 以太网的物理地址用48位编码，6个字节。字节之间用冒号或减号分隔。我们可在命令提示符下用 ipconfig/all 来查询本机的物理地址。 以太网地址分配 IEEE为制造以太网卡的生产厂商分配48位的以太网物理地址。其中前24位为生产厂商的编号，后24位为生产厂商为每块网卡的编号。这种机制保证了任何两块网卡不会有相同的物理地址，从而保证了硬件地址的唯一性。 硬件地址类型 一个48比特地址不仅仅指定目的计算机地址。地址可以是以下三种形式之一： 单播地址（unicast address） 广播地址（broadcast address） 组播地址（multicast address） 广播分组及广播地址 大多数情况下，一个分组只有一个目的地。但分组也可以发送给局域网络上所有主机。这类分组叫广播分组。 广播分组包含的目的物理地址就是广播地址，其编码为： FF-FF-FF-FF-FF-FF 多宿主计算机 网络中的计算机可能插有多块网卡，每块网卡都代表该计算机的一个接口。当然这台计算机也就有多个物理地址，我们称这样的计算机为“多宿主计算机(multi homed computer)”。 路由器就是一个典型的多宿主计算机。 2.2 局域网硬件如何使用地址识别包 共享网络系统使用物理地址来识别传入的帧。处理帧传输与接收的网络接口硬件比较每一传入帧的目的地址与站点的物理地址，如果两者一致，硬件就将该帧传给操作系统，如果不匹配，就丢弃该帧。 由于网络接口执行这些操作时不使用站点的CPU，所以帧能在共享局域网上从一台计算机传输到另一台计算机，而不妨碍计算机的执行。 2.3 地址映射 地址映射：在物理介质传输数据前，必须将高层(Internet层)用来识别主机的软件地址转换为低层硬件地址。 ARP：地址解析协议：将软件地址映射成相应硬件地址的任务有地址解析协议(ARP)完成。 RARP：逆地址解析协议：将硬件地址转换成相应的软件地址有逆向地址解析协议(RARP)承担。 2.3.1 ARP协议 ARP进行地址解析的步骤： 需要传输数据的计算机在网络中广播接收端的IP地址； 本机IP地址与广播的IP地址匹配的计算机发送一个应答包，该应答包中包含了本机的IP地址和硬件地址； 发送端用从收到的应答包中告知的MAC地址为目的地址来组成一帧并通过网络传送给目的主机。 发送方获取到MAC地址后存入本地ARP缓存，保存2分钟。如果2分钟内还要向同一IP地址传送数据，发送端将会检查ARP缓存以获取相应的MAC地址。如果ARP缓存不包含此地址，则发送端计算机重复步骤1~3以获取物理地址。 ARP缓存 ARP缓存：它是位于主机内存中的一段区域，其中包含了一些已知主机的IP地址和对应的MAC地址列表，以及它们的存活时间TTL值。 动态ARP缓存项目：当一条ARP项目被记录在缓存时，其生存时间（2分钟）也同时被记录下来。如果ARP缓存项目的缓存时间超过2分钟，此项目会被删除。