IP服务-计算机网络

　　如需转载请联系：fengxw6@mail2.sysu.edu.cn 未经许可，禁止转载，私人笔记，码字不易，望理解。 ---Sun Yat-sen University 冯兴伟

　　本节主要就讲网络层的各种IP服务协议。

　　1.　ARP

　　英文全程Address Resolution Protocol，地址解析协议。

　　我们知道局域网中发送的是数据帧，数据帧的格式之前也已经学过，知道目的主机的MAC地址才可以发送数据帧，

　　那这个目标MAC地址是如何获得的呢？就是ARP协议来获得的。

　　ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址。

　　下面给个形象的例子：ARP报文是主机发送出来的，在该主机只知道对方的IP地址且想知道对方的MAC地址时，它以广播的方式将ARP请求发送到自己所在网段的各个节点。当有主机响应时，回发的报文是单播发送。

　　

　　　如果查询对象不在同一个局域网，那怎么办呢？

　　  所以出现了ARP代理（Proxy ARP）

　　　如下图：路由器收到ARP Request时，若发现查询的目的IP地址在不同子网，路由器会扮演代理的ARP的角色，用路由器自己的接口MAC地址代为回答，告诉查询者它所要做的MAC地址。

　　

　　为什么要有ARP代理？路由器的一个重要功能是把局域网广播包限制在该网内，不让扩散，否则会造成网络风暴。ARP Request是个广播包，它询问的对象若在同一个局域网内，就会回答。

　　2.　RARP

　　英文全称Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议。

　　反向地址解析协议将局域网中的某个主机的物理地址转换成IP地址。该协议广泛用于获取无盘工作站的IP地址。

　　如下图：局域网中有一台主机只知道物理地址不知道IP地址，那么其可以用RARP协议发出征求自身IP地址的广播请求，然后RARP服务器回答。

　　

　　3.　BOOTP

　　英文全称Bootstrap Protocol，引导程序协议，为DHCP协议前身。

　　BOOTP主要用于无盘工作站的局域网中，让无盘工作站可以从一个中心服务器上获得IP地址，该协议可以动态的为无盘工作站分配IP地址，无需管理员去设置静态IP地址。直接看图，很好理解：

　　

　　4.　DHCP

　　Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议。

　　用于主机在加入网络时动态租用IP地址。

　　下面主要结合图讲解DHCP的工作过程：

　　(1).　当DHCP客户端第一次登录网络时，即客户端上没有任何IP地址数据时，会通过发送一个DHCP discover数据包，

　　数据包包含主机名以及MAC地址等信息，因其还不知道自己处于哪个网络中，所以DHCP discover数据包封装的源地址为

　　0.0.0.0，目的地址为255.255.255.255，再加上其他信息，向网络进行广播。

　　(2). 　当DHCP 服务器监听到客户端发出的DHCP discover广播后，服务器会从还没有租用出去的IP地址中，选择最前的

　　闲置IP地址，连同其他信息，封装成一个DHCP offer数据包（包含IP地址，子网掩码，租期，DNS等等信息），DHCP offer

　　仍然是以广播的方式进行通讯，同时服务器为客户端保留其提供的IP地址，不会为其他客户端分配次IP地址。

　　(3).　 如果客户端收到网络中多台DHCP服务器的响应，一般会从中挑选最先到达的DHCP offer，并向网络发送一个DHCP

　　request数据包（包含接受租用的IP地址，提供IP地址的服务器地址等信息），告诉网络中所有的DHCP服务器，它将接受哪一

　　台服务器提供的IP地址，所有其他的DHCP服务器撤销它们的提供以便将IP地址提供给下一次IP租用请求。此时，由于还没有得到

　　DHCP Server的最后确认，客户端仍然使用0.0.0.0为源IP地址，255.255.255.255为目标地址进行广播。

　　(4).　当DHCP Server接收到客户端的DHCP REQUEST之后，会广播返回给客户端一个DHCP ack消息包，表明已经接受客户端

　　的选择，并将这一IP地址的合法租用以及其他的配置信息都放入该广播包发给客户机。

　　5.　HSRP

　　英文全称Hot Standby Router Protocol，热备份路由协议。思科的专有协议。

　　HSRP允许多台路由器共享虚拟IP和MAC地址，把多台路由器组成一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。

　　这个组内只有一个路由器是Active(活动)的，并由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，备份路由器将成为活动路由器。从网络内的主机来看，网关并没有改变。

　　HSRP的部分重要特性如下：

　　(1).　Virtual IP address and virtual MAC active on the Master router.

　　　　　Standby routers listen for Hellos from the Active router, defaulting to a 3-second hello interval and 10-second dead interval.

　　(2).　HSRP路由器利用Hello包来互相监听各自的存在。当路由器长时间没有接收到Hello包时，就认为活动路由器故障，

　　　　  备份路由器就会成为活动路由器。HSRP协议利用优先级决定哪个路由器成为活动路由器。如果一个路由器的优先级

　　　　　比其它路由器的优先级高，则该路由器成为活动路由器。路由器的默认优先级是100(优先级范围是1-255)。

　　(3).　支持端口追踪机制，端口追踪使得Active路由器发现其端口失效或链路出问题后，会把自己的优先级减掉一个预先设定好的值，比如最开始active是120，

　　　　   而standby为100，那么当active的端口链路失效后，假设预设值为30，active那台路由器会减掉设置好的30，变成90，此时standby上100>90,故备份

　　　　　路由器成为active路由器。

　　(4).　在一个接口上设置多个热备份组，会启动负载均衡策略。

　　放两个图：

　　一个热备份组：

　　

　　两个热备份组带负载均衡：

　　

　　关于HSRP有注意的点是：

　　

　　虚拟IP地址和组内路由器的接口IP地址应在一个局域网内的相同子网中。

　　虚拟IP地址必须和组内路由器的接口IP地址不同。

　　6.　VRRP

　　英文全称：Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议。思科专利。

　　和HSRP的一样的，差别如下：

　　VRRP uses a multicast virtual MAC address (0000.5E00.01xx, where xx is the hex VRRP group number).

　　VRRP uses the IOS object tracking feature, rather than its own internal tracking mechanism, to track interface states for failover purposes.

　　VRRP defaults to use pre-emption, but HSRP defaults to not use pre-emption. Both can be configured to either use pre-emption or not.

　　The VRRP term Master means the same thing as the HSRP term Active.

　　In VRRP, the VRRP group IP address is the interface IP address of one of the VRRP routers.