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UDP和ARP之间的交互作用


   使用UDP,可以看到UDP与ARP典型实现之间的有趣的(而常常未被人提及)交互作用。
我们用sock程序来产生一个包含8192字节数据的UDP数据报。预测这将会在以太网上产生6个数据报片(见习题11.3)。同时也确保在运行该程序前, ARP缓存是清空的,这样,在发送第一个数据报片前必须交换ARP请求和应答。
bsdi % arp -a 验证ARP高速缓存是空的
bsdi % sock -u -i -nl -w8192 svr4 discard
预计在发送第一个数据报片前会先发送一个ARP请求。IP还会产生5个数据报片,这样就提tcpdump出了我们必须用tcpdump来回答的两个问题:在接收到ARP回答前,其余数据报片是否已经做好了发送准备?如果是这样,那么在ARP等待应答时,它会如何处理发往给定目的的多个报文?1-17给出了tcpdump的输出结果。

在这个输出结果中有一些令人吃惊的结果。首先,在第一个ARP应答返回以前,总共产生了6个ARP请求。我们认为其原因是IP很快地产生了6个数据报片,而每个数据报片都引发了一个ARP请求。
第二,在接收到第一个ARP应答时(第7行),只发送最后一个数据报片(第9行)!看来似乎将前5个数据报片全都丢弃了。实际上,这是ARP的正常操作。在大多数的实现中,在等待一个ARP应答时,只将最后一个报文发送给特定目的主机。
Host Requirements RFC要求实现中必须防止这种类型的ARP洪泛(ARP flooding,即以高速率重复发送到同一个IP地址的ARP请求)。建议最高速率是每秒一次。而这里却在4.3 ms内发出了6个ARP请求。
Host Requirements RFC规定,ARP应该保留至少一个报文,而这个报文必须是最后一个报文。这正是我们在这里所看到的结果。
另一个无法解释的不正常的现象是,svr4发回7个,而不是6个ARP应答。
最后要指出的是,在最后一个ARP应答返回后,继续运行tcpdump程序5分钟,以看看svr4是否会返回ICMP“组装超时”差错。并没有发送ICMP差错(我们在图8-2中给出了该消息的格式。code字段为1表示在重新组装数据报时发生了超时)。
在第一个数据报片出现时,IP层必须启动一个定时器。这里“第一个”表示给定数据报的第一个到达数据报片,而不是第一个数据报片(数据报片偏移为0)。正常的定时器值为30或60秒。如果定时器超时而该数据报的所有数据报片未能全部到达,那么将这些数据报片丢弃。如果不这么做,那些永远不会到达的数据报片(正如我们在本例中所看到的那样)迟早会引起接收端缓存满。
这里我们没看到ICMP消息的原因有两个。首先,大多数从Berkeley派生的实现从不产生该差错!这些实现会设置定时器,也会在定时器溢出时将数据报片丢弃,但是不生成ICMP差错。第二,并未接收到包含UDP首部的偏移量为0的第一个数据报片(这是被ARP所丢弃的5个报文的第1个)。除非接收到第一个数据报片,否则并不要求任何实现产生ICMP差错。其原因是因为没有运输层首部,ICMP差错的接收者无法区分出是哪个进程所发送的数据报被丢弃。这里假设上层(TCP或使用UDP的应用程序)最终会超时并重传。
在本节中,我们使用IP数据报片来查看UDP与ARP之间的交互作用。如果发送端迅速发送多个UDP数据报,也可以看到这个交互过程。我们选择采用分片的方法,是因为IP可以生成报文的速度,比一个用户进程生成多个数据报的速度更快。
尽管本例看来不太可能,但它确实经常发生。NFS发送的UDP数据报长度超过8192字节。在以太网上,这些数据报以我们所指出的方式进行分片,如果适当的ARP缓存入口发生超时,那么就可以看到这里所显示的现象。NFS将超时并重传,但是由于ARP的有限队列,第一个IP数据报仍可能被丢弃。

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