2026 年 05 月 07 日

CH10 — ARP · RARP · ICMP

ARP RARP ICMP 位址解析網路層

📋 大綱

2ARP 機制 — IP→MAC 位址解析

3RARP 機制 — MAC→IP 位址解析

4ARP/RARP 標頭 — 9 欄位格式

5ICMP 協定 — 訊息類型總覽

6ICMP 標頭格式 — 查詢與錯誤訊息

7Echo 與 ping / tracert

8Destination Unreachable — Type 3

9其他 ICMP 訊息類型

📡 2｜簡介

ARP

Address Resolution Protocol（位址解析協定）

將 IP 位址（邏輯位址）解析為 實體位址（MAC 位址）。

RARP

Reverse ARP（反向位址解析協定）

將 實體位址（MAC 位址）解析為 IP 位址（邏輯位址）。

ICMP

Internet Control Message Protocol（網際網路控制訊息協定）

用於錯誤回報、偵錯與控制，是網路層的輔助協定，需與 IP 標頭搭配使用。

密實體位址與邏輯位址

兩種位址的差異

	實體位址（MAC）	邏輯位址（IP）
持久性	燒錄在網卡，全域唯一	可由管理員或 DHCP 動態分配
管理單位	IEEE	ICANN / 區域註冊機構
用途	資料連結層定址	網路層定址

📡 3｜ARP 機制

        傳送資料前，會先檢查 ARP Cache（ARP 對照表）。若找不到對應的 IP 位址，才廣播 ARP 請求。
      

運作流程

主機 A（140.134.36.56）要和主機 B（140.134.36.110）通訊

主機 A 查自己的 ARP Cache，找不到 140.134.36.110

↓

主機 A 廣播 ARP 請求（目標 MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FF）

↓

所有主機收到，但只有 140.134.36.110 回覆 ARP 回應

↓

✓

主機 A 將 140.134.36.110 ↔ MAC 位址 寫入 ARP Cache，通訊開始

訊息封裝結構

ARP 請求與回覆的三層封裝

資料連結層標頭	網路層標頭	訊息內容
含目標 MAC（廣播：FF-FF-FF...）	含發送端 IP	ARP 請求/回覆資料

📡 4｜RARP 機制

        來源端知道自己 MAC 位址，但不知道 IP 位址。必須倚賴 RARP 伺服器執行查詢工作。
      

應用場景

常見

無磁碟機或終端機的場合

電腦沒有硬碟，無法儲存 IP 位址，開機時需向 RARP 伺服器查詢自己的 IP。

RARP 與 ARP 比較

ARP — 已知 IP，查 MAC

方向IP → MAC

已知IP 位址

目的得到 MAC 位址

伺服器不需要

用途一般主機通訊前解析

↔

RARP — 已知 MAC，查 IP

方向MAC → IP

已知MAC 位址

目的得到 IP 位址

伺服器需要 RARP 伺服器

用途無碟主機開機取得 IP

📡 5｜ARP/RARP 標頭

ARP 與 RARP 的標頭定義相同，共分 9 個欄位。

9 欄位格式

Hardware Type

16 位元 · Ethernet = 1

Protocol Type

16 位元 · IP = 0800ₕ

HLEN

8 位元 · Ethernet = 6

PLEN

8 位元 · IP = 4

Operation

16 位元 · 1~4（見下表）

Sender HA

發送端 MAC（可變）

Sender IP

發送端 IP（可變）

Target HA

目的端 MAC（可變）

Target IP

目的端 IP（可變）

🔵 藍色 = 固定長度　🟢 綠色 = 可變長度　🟡 黃色 = Operation（操作碼）

Operation 欄位值

數值	操作
1	ARP 請求（ARP Request）
2	ARP 回覆（ARP Reply）
3	RARP 請求（RARP Request）
4	RARP 回覆（RARP Reply）

Target HA 特殊規則

ARP 請求時

Target HA 欄位值為 00-00-00-00-00-00
資料連結層廣播目的端位址為 FF-FF-FF-FF-FF-FF
回覆時，Target HA 即為請求端真實 MAC 位址

📡 6｜ICMP 協定

        IP 協定主要在「盡力傳送」封包，但傳送過程中遭遇困難（網路擁塞、主機故障、主機未開機等），並非 IP 協定所能解決。ICMP 便是用來處理此項工作的機制。
      

常見應用

ping 與 traceroute

ping — 發送 ICMP Echo Request，偵測主機是否可達
tracert（Windows）/ traceroute（Linux）— 追蹤封包經過的路徑

訊息類型一覽

🔴 錯誤訊息（Error）

3目的端無法抵達

4來源端抑制

5路徑重新定向

11傳輸逾時

12參數問題

🟢 查詢訊息（Query）

0回聲回覆（Echo Reply）

8回聲請求（Echo Request）

13/14時戳請求/回覆

15/16網路位址資訊請求/回覆

17/18網路遮罩請求/回覆

📡 7｜ICMP 標頭格式

無論哪種 ICMP 訊息類型，標頭前面 32 位元的格式都相同。

三大基本欄位

欄位	長度	說明
Type	8 位元	ICMP 訊息類型（如 0、3、8、11 等）
Code	8 位元	內容代碼，對類型發生原因做進一步說明
Checksum	16 位元	檢驗和，驗證訊息完整性

查詢訊息標頭格式

32 位元

Type (8)　Code (8)　Checksum (16) Identifier (16)　　　Sequence Number (16) （附加資料，選擇性）

Identifier 與 Sequence Number 各 16 位元
請求與回覆時這兩個欄位數值相同，以便相互辨識

錯誤訊息標頭格式

32 位元

Type (8)　Code (8)　Checksum (16) 未定義或其他 (32) IP 標頭 + 64 位元的原始資料

有些類型有定義，有些未定義（以 0 填充）
攜帶原始 IP 標頭與 64 位元資料，以便知道錯誤訊息屬於哪個原始封包

📡 8｜Echo 與 ping / tracert

Echo Request / Echo Reply

訊息	ICMP Type	Code
Echo Request	8	0
Echo Reply	0	0

Echo 訊息格式

32 位元

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) 識別碼 (16)　　　　序列碼 (16) 附加資料（選擇性）

ping 輸出範例

Pinging 204.71.200.243 with 32 bytes of data:

Reply from 204.71.200.243: bytes=32 time=945ms TTL=242
Reply from 204.71.200.243: bytes=32 time=964ms TTL=242
Request timed out.
Reply from 204.71.200.243: bytes=32 time=840ms TTL=242

Ping statistics for 204.71.200.243:
  Packets: Sent = 4, Received = 3, Lost = 1 (25% loss)
  Minimum = 840ms

traceroute 輸出範例

Tracing route to yahoo.com [204.71.200.245]
over a maximum of 30 hops:

 1    4 ms   12 ms    8 ms  140.134.37.254
 2   15 ms   18 ms   22 ms  [不同閘道...]
 ...
 4   98 ms  102 ms   95 ms  204.71.200.245

Trace complete.

時戳請求與回覆（Type 13/14）

32 位元

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) 識別碼 (16)　　　序列碼 (16) 原始時戳 (32) 接收時戳 (32) 傳送時戳 (32)

以 毫秒（ms）為單位，依格林威治時間為準
功能：測量主機間傳輸延遲、系統時間同步調整
單趟延遲 = (接收時間 - 原始時間 - 傳送延遲) / 2

📡 9｜Destination Unreachable（Type 3）

        屬於 ICMP 錯誤訊息，無法抵達目的節點的原因有 16 種情況（Code 0~15）。
      

Code 欄位說明

0目的端網路無法連接

1目的端主機無法連接

2指定的通訊協定不存在

3指定的連接埠不存在

4資料需被分割並設定不可分割位元

5來源選擇路徑失敗

6目的端網路無法辨識

7目的端主機無法辨識

8來源端主機被隔離

9禁止與目的端網路通訊

10禁止與目的端主機通訊

11拒絕此網路服務類型

12拒絕此主機服務類型

13被過濾禁止通訊

14違反主機優先權

15優先權實行中斷

📡 10｜其他 ICMP 訊息類型

來源端抑制（Source Quench）— Type 4

錯誤訊息

對網路流通容量進行控制

功能：修正網路資料傳送量，有效控制網路傳輸
Code 欄位值：0

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) 未定義 (32)：0 IP 標頭 + 64 位元的原始資料

路徑重新定向（Redirect）— Type 5

錯誤訊息

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) Gateway IP 位址 (32) IP 標頭 + 64 位元的原始資料

Code	意義
0	因網路變動而更改傳輸路徑
1	因主機變動而更改傳輸路徑
2	因網路和服務類型的變動而更改傳輸路徑
3	因主機和服務類型的變動而更改傳輸路徑

傳輸逾時（Time Exceeded）— Type 11

錯誤訊息

可藉 IP 標頭 TTL 欄位值判斷

Code	意義
0	因迴圈問題造成逾時傳輸（TTL=0）
1	因封包重組超過設定時間而造成逾時傳輸

參數問題（Parameter Problem）— Type 12

錯誤訊息

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) 指標 (8)　未定義 (24)：0 IP 標頭 + 64 位元的原始資料

Code = 0：某欄位值發生錯誤，發生位置由指標（Pointer）欄位說明（指向錯誤位元組）
Code = 1：標頭缺少某資料選項，Pointer 欄位以 0 填充

網路遮罩請求/回覆（Address Mask）— Type 17/18

查詢訊息

向閘道查詢子網路遮罩位址（Subnet Mask）

類型 (8)　代碼 (8)　檢驗和 (16) 識別碼 (16)　　　序列碼 (16) 子網路遮罩位址 (32)

📝 問題與討論

關鍵字｜填充題｜選擇題｜問答題