主机地址linux网络编程之TCP/IP基础（二）：利用ARP和ICMP协议解释ping命令

本篇文章朋友在深圳吃饭的时候突然想到的...最近就有想写几篇关于主机地址的博客，所以回家到之后就奋笔疾书的写出来发布了

一、MTU

以太网和IEEE 802.3对数据帧的长度都有限制，其最大值分离是1500和1492字节，将这个限制称作最大传输单元（MTU，Maximum Transmission Unit）
如果IP层有一个数据报要传，而且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就要停止分片（Fragmentation），把数据报分红若干片，这样每一片都小于MTU。
当网络上的两台主机互相停止通信时，两台主机之间要经过多个网络，每个网络的链路层可能有不同的MTU，其中两台通信主机路径中的最小MTU被称作路径MTU，Internet上标准MTU为576B。

二、以太网帧格式



其中的源地址和目的地址是指网卡的硬件地址（也叫MAC地址），长度是48位，是在网卡出厂时固化的。用ifconfig命令看一下，“HWaddr 00:15:F2:14:9E:3F”部份就是硬件地址。协议字段有三种值，分离对应IP、ARP、RARP。帧末端是CRC校验码。
以太网帧中的数据长度划定最小46字节，最大1500字节，ARP和RARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位。ifconfig命令的输出中也有“MTU:1500”。注意，MTU这个概念指数据帧中有效载荷的最大长度，不包括帧首部的长度。

三、ARP（address resolution protocol）

在网络通讯时，源主机的应用程序晓得目的主机的IP地址和端口号，却不晓得目的主机的硬件地址，而数据包首先是被网卡接收到再去处理下层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须取得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用。源主机收回ARP请求，询问“IP地址是10.0.0.1的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到当地网段（以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播），目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机符合，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中。如下图所示



每台主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时光（一般为20分钟），如果20分钟内没有再次应用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来取得目的主机的硬件地址。



注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各涌现一次，对于链路层为以太网的情况是多余的，但如果链路层是其它类型的网络则有多是须要的。硬件类型指链路层网络类型，1为以太网，协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址，后面两个地址长度对于以太网地址和IP地址分离为6和4（字节），op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。

地址解析协议的处理流程如下图：



每日一道理

无知者为梦想中的虚幻而苦苦等待，换回的不是所求的，而是岁月在脸上留下的印痕，一事无成的人一生便是虚度。生活中，与其花时光去等待，不如加快步伐去追寻理想，试着与时光赛跑，也许身躯、心理会感到劳累，但这样的生活毕竟是充实的。

四、RARP（Reverse Address Resolution Protocol）

跟ARP相反的协议，重要用于获取无盘工作站的ip地址，如下图所示，不再赘述。



五、ICMP（Internet Control Message Protocol）

ICMP协议用于传递差错信息、时光、回显、网络信息等控制数据，如下图所示。



ICMP报文是封装在IP数据报文中停止传输的，如下图所示。





具体的类型和代码见下图。





六、利用ARP和ICMP协议解释ping程序

先看下面的流程图，再来解释。



步调a：应用程序ping会判断发送的是主机名还是IP地址，如果是主机名会调用函数gethostbyname()解析主机B，将主机名转换成一个32位的IP地址。这个过程叫做DNS域名解析。
步调b：ping程序向目的IP地址发送一个ICMP的ECHO包
步调c：将目标主机的IP地址转换为48位硬件地址，在局域网内发送ARP请求广播，查找主机B的硬件地址。
步调d：主机B的ARP协议层接收到主机A的ARP请求后，将本机的硬件地址填充到应答包，发送ARP应答到主机A。
步调e：发送ICMP数据包到主机B。
步调f：主机B接收到主机A的ICMP包，发送响应包。
步调g：主机A接收到主机B的ICMP包响应包。

参考：

《Linux C 编程一站式学习》

《TCP/IP详解 卷一》

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录：

自从有了Photoshop，我再也不相信照片了！（没有Photoshop的年代，胶片照片年代做假的也不少，那时候都相信假的！）

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地址和硬件地址
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