问在互联网路由方面需要帮助

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我在早些时候的一篇文章中提到了IPv4 4子网与路由。我没有谈到第二层/第三层的交互作用，因为我被困在医院里等待朋友的孩子出生，所以我将在这里详细阐述一下。

IP作为第3层协议，当IP数据报被放入物理(第1层)介质时，被封装到第2层协议中。地址解析协议(ARP)有助于促进第二层通信，以封装主机之间的第三层通信。(除IP之外的第三层协议和以太网以外的第二层协议都可以使用ARP，但为了本例的目的，我坚持使用IP over以太网。)

作为一个简单的例子，假设两个主机配置了IP地址和子网掩码，使得两个主机位于同一个子网中。这些主机连接到同一个以太网广播域。这些主机可以通过以太网广播进行通信，但这将使广播媒体的使用效率低下(交换机淹没所有目的地的帧，这也是一种安全风险，尽管依赖以太网交换机来转发单播通信量是可笑的)。以太网介质的最有效使用将是每个主机通过寻址到另一个主机的单播媒体访问控制(MAC)地址的包与另一个主机通信。ARP允许主机“学习”彼此的MAC地址，以方便这种单播通信。

• 主机A: IP地址10.0.0.1/24，MAC地址00:01:de:ad:be:ef
• 主机B: IP地址10.0.0.2/24，MAC地址00:01:0b:ad:f0:0d

主机A有一个要交付给主机B的数据报。主机A查阅它以前学过的MAC到IP地址映射(称为ARP缓存)的缓存，并且没有找到匹配数据报的目标地址的条目(10.0.0.2)。主机A发送一个ARP数据包，地址为以太网广播目的地地址(ff:ff)，实质上是“询问”谁分配了IP地址10.0.0.2？“。因为这是一个广播包，所以以太网交换机将这个帧淹没到所有目的地。

主机B接收此分组，检测其自己的IP地址位于此广播ARP分组(“质询”)的“目标协议地址”字段中，并使用ARP分组响应，该数据包寻址到主机A的MAC地址(它从广播的ARP请求中“学习”，从主机A的MAC地址发送)，并在ARP分组的“目标硬件地址”字段中替换自己的MAC地址。

主机A接收来自主机B的ARP响应，并且包含在响应中的信息，然后它有足够的知识将IP数据报封装到主机B的MAC地址，然后封装到主机B的MAC地址。这将导致从主机A到主机B的单播通信。

为了防止对每个数据报进行ARP交换的需要，每个主机都维护一个IP到MAC映射的缓存，并在一段时间内对其进行“学习”。缓存通常具有最大的可能大小，并且映射的过期会阻止表的填充。映射的过期还允许主机与不同的MAC地址通信(可能是由于更改了网络接口卡或出于其他原因)。典型的ARP缓存过期时间从不到一分钟到几分钟不等。

在主机由路由器分隔的情况下，ARP进程与上面描述的进程相同，只不过它发生在发送主机和它将要发送数据包以进行最终交付的路由器之间。通常，主机会为其默认网关配置ARP (因为大多数主机没有配置多个静态路由，而是只配置了一个到默认网关的路由器)。一旦主机对其默认网关具有IP到MAC映射，其他子网中为主机绑定的IP数据报将封装在寻址到默认网关路由器MAC地址的以太网帧中。

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• 网络
  • http://ocw.mit.edu/courses/economics/14-15j-networks-fall-2009/

• 数据通信网络
  • http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-263j-data-communication-networks-fall-2002/

• 计算机网络
  • http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-829-computer-networks-fall-2002/

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