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  • 地址协议
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    2018-02-26 19:48:43

    从IP地址找到对应的MAC地址的映射过程称为“正向地址协议”,相应的协议称为“地址解析协议”ARP。
    从已知MAC地址找出对应的IP地址的映射过程称为“反向地址解析协议”RARP。

    地址解析协议ARP:
    1.地址解析协议将动态映射和静态映射的方法相结合,本地主机建立一个高速缓存,用来存储部分IP地址与MAC地址的映射关系。主机A给主机B发送IP分组,首先根据主机B的IP地址在本主机缓存中查找,如果找到,就不需要进行地址解析,找不到再进行地址解析。

    2.地址解析第一步,主机A产生“ARP请求分组”,在源 IP地址和目的IP地址中,填入主机A和主机B的IP地址。在源MAC地址中填写主机A的MAC地址,在目的MAC地址字段中填写0.

    3.将“ARP请求分组”传递到下一层数据链路层,组装成ARP请求分组的帧,此时在目的MAC地址为广播地址:ff-ff-ff-ff-ff-ff。

    4.接受到“ARP请求分组”的主机,在自己高速缓存中查找,如果没有主机A的IP地址和MAC地址对应关系,就加入自己的映射表。当主机B接受到主机A的“ARP请求分组”之后,就向主机A发送一个封装了“ARP应答分组的帧”,用单播的方式发送给主机A,“ARP应答分组”包含主机B的IP地址、MAC地址。

    5.主机A收到后,维护进自己的缓存映射表。

    6.对于不在同一网络主机MAC地址,发送方仍然是主机,先通过ARP解析出本网络上转发路由器的MAC地址,然后将封装了IP数据分组的帧,用路由器的MAC地址作为目的MAC地址,之后的转发过程交给路由器来执行。路由器需要解析出下一条路由器的MAC地址;最后,路由器需要解析出同一个网络的主机MAC地址。

    逆地址解析协议,即RARP:
    功能和ARP协议相对,其将局域网某个主机的物理地址转换成IP地址,比如局域网中有一台主机只知道物理地址而不知道IP地址,那么可以通过RARP协议发出征求自身IP地址的广播请求,然后由RARP服务器负责回答。
    RARP是逆地址解析协议:作用是完成硬件地址到IP地址的映射,主要用于无盘工作站,因为给无盘工作站配置的IP地址不能保存。

    RARP协议工作流程:
    1.给本机发送一个本地的RARP广播,在此广播包中,声明自己的MAC地址,并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址。

    2.本网段上的RARP服务器收到此请求后,检查其RARP列表,查找该MAC地址对应的IP地址。

    3.如果存在,RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用,如果不存在,RARP服务器对此不做任何的响应。

    4.源主机收到从RARP服务器的响应信息,就利用得到的IP地址进行通讯;如果一直没有收到RARP服务器的响应信息,表示初始化失败。

    什么是ARP欺骗?
    地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的,网络上的主机可以自主发送ARP应答消息,其他主机收到应答报文时不会检测该 报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存;由此攻击者就可以向某一主机发送ARP应答报文,使其发送的消息无法到达预期的主机或达到错误的主机,这就构成了一个ARP欺骗。

    以后关于网络的知识我还会继续整理的!
    希望可以帮助到大家!

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    目录IP协议基本概念协议头格式网段划分IP地址的数量限制私有IP地址和公网IP地址路由NAT(Network Address Translation,网络地址转换). IP协议 基本概念 主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配...

    IP协议

    在这里插入图片描述

    基本概念

    主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制; 节点: 主机和路由器的统称;

    协议头格式

    在这里插入图片描述

    1、4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4。

    2、4位首部长度(header length): 4个比特位能表示的最大数是15,每个单位是4个字节,即4位首部长度最大为 length * 4 的字节数.,也就是60字节,最小是最基本的20个字节。

    报头与有效载荷分离;先读取20个字节,拿到首部长度和16位总长度,16位总长度减去有4位首部长度就是有效载荷。

    3、8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0).
    4位TOS分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个. 对于ssh/telnet这样的应用程序, 最小延时比较重要; 对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要.

    4、16位总长度(total length): IP数据报整体占多少个字节.

    5、16位标识(id): 唯一的标识主机发送的报文. 如果IP报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个id都是相同的.

    6、3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话, 最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记.

    7、13位分片偏移(framegament offset): 是分片相对于原始IP报文开始处的偏移. 其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了).

    8、8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL -= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环。

    9、8位协议: 表示上层协议的类型,例、有可能是TCP,有可能是UDP。

    10、16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏。

    11、32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端.

    12、选项字段(不定长, 最多40字节)

    网段划分

    IP地址分为两个部分, 网络号和主机号

    1、网络号: 保证相互连接的两个网段具有不同的标识;
    2、主机号: 同一网段内, 主机之间具有相同的网络号, 但是必须有不同的主机号;
    在这里插入图片描述
    3、不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起.

    4、如果在子网中新增一台主机, 则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致, 但是主机号必须不能和子网中的其他主机重复。

    通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中, 每台主机的IP地址都不相同.

    那么问题来了, 手动管理子网内的IP, 是一个相当麻烦的事情.

    有一种技术叫做DHCP, 能够自动的给子网内新增主机节点分配IP地址, 避免了手动管理IP的不便。

    一般的路由器都带有DHCP功能. 因此路由器也可以看做一个DHCP服务器。

    过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有IP 地址分为五类, 如下图所示
    在这里插入图片描述
    随着Internet的飞速发展,这种划分方案的局限性很快显现出来,大多数组织都申请B类网络地址, 导致B类地址很快就分配完了, 而A类却浪费了大量地址;

    例如, 申请了一个B类地址, 理论上一个子网内能允许6万5千多个主机. A类地址的子网内的主机数更多.

    然而实际网络架设中, 不会存在一个子网内有这么多的情况. 因此大量的IP地址都被浪费掉了.

    针对这种情况提出了新的划分方案, 称为CIDR(Classless Interdomain Routing):

    • 引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号;
    • 子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾;
    • 将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;
    • 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关;

    下面举2个例子:
    在这里插入图片描述

    可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围;
    IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高24位是1,也就是255.255.255.0

    特殊的IP地址

    • 将IP地址中的主机地址全部设为0, 就成为了网络号, 代表这个局域网;
    • 将IP地址中的主机地址全部设为1, 就成为了广播地址, 用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包;
    • 127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1;

    IP地址的数量限制

    我们知道, IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数. 那么一共只有 2的32次方 个IP地址, 大概是43亿左右. 而TCP/IP协议规定, 每个主机都需要有一个IP地址。

    这意味着, 一共只有43亿台主机能接入网络么?
    实际上, 由于一些特殊的IP地址的存在, 数量远不足43亿; 另外IP地址并非是按照主机台数来配置的, 而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址.

    CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用. 这时候有三种方式来解决:

    • 动态分配IP地址: 只给接入网络的设备分配IP地址. 因此同一个MAC地址的设备, 每次接入互联网中, 得到的IP地址不一定是相同的;
    • NAT技术(后面会重点介绍);
    • IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;

    私有IP地址和公网IP地址

    如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上 使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址:

    • 10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址;
    • 172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址;
    • 192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址;

    包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP);

    路由

    在复杂的网络结构中, 找出一条通往终点的路线;

    路由的过程, 就是这样一跳一跳(Hop by Hop) “问路” 的过程. 所谓 “一跳” 就是数据链路层中的一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间.

    在这里插入图片描述

    IP数据包的传输过程也和问路一样

    • 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP;
    • 路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器;
    • 依次反复, 一直到达目标IP地址;

    在这里插入图片描述

    • 路由表可以使用route命令查看
    • 如果目的IP命中了路由表, 就直接转发即可;
    • 路由表中的最后一行,主要由下一跳地址和发送接口两部分组成,当目的地址与路由表中其它行都不匹配时,就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址。

    假设某主机上的网络接口配置和路由表如下:
    在这里插入图片描述

    • 这台主机有两个网络接口,一个网络接口连到192.168.10.0/24网络,另一个网络接口连到192.168.56.0/24网络;
    • 路由表的 Destination 是目的网络地址, Genmask 是子网掩码, Gateway 是下一跳地址, Iface 是发送接口, Flags中 的 U 标志表示此条目有效(可以禁用某些 条目), G 标志表示此条目的下一跳地址是某个路由器的地址,没有 G 标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发;

    转发过程例1: 如果要发送的数据包的目的地址是192.168.56.3

    • 跟第一行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,与第一行的目的网络地址不符;
    • 再跟第二行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,正是第二行的目的网络地址,因此从eth1接口发送出去;
    • 由于192.168.56.0/24正 是与eth1 接口直接相连的网络,因此可以直接发到目的主机,不需要经路由器转发;

    转发过程例2: 如果要发送的数据包的目的地址是202.10.1.2

    • 依次和路由表前几项进行对比, 发现都不匹配;
    • 按缺省路由条目, 从eth0接口发出去, 发往192.168.10.1路由器;
    • 由192.168.10.1路由器根据它的路由表决定下一跳地址;

    NAT(Network Address Translation,网络地址转换).

    IPv4协议中, IP地址数量不充足的问题;

    NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段, 是路由器的一个重要功能;

    • NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP. 也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法:
    • 很多学校, 家庭, 公司内部采用每个终端设置私有IP, 而在路由器或必要的服务器上设置全局IP;
    • 全局IP要求唯一, 但是私有IP不需要; 在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的;

    在这里插入图片描述

    • 一个路由器可以配置两个IP地址, 一个是WAN口IP, 一个是LAN口IP(子网IP).
    • 路由器LAN口连接的主机, 都从属于当前这个路由器的子网中.
    • 不同的路由器, 子网IP其实都是一样的(通常都是192.168.1.1). 子网内的主机IP地址不能重复. 但是子网之间的IP地址就可以重复了.
    • 每一个家用路由器, 其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点. 这样的运营商路由器可能会有很多级, 最外层的运营商路由器, WAN口IP就是一个公网IP了.
    • 子网内的主机需要和外网进行通信时, 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP), 这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation,网络地址转换).

    两个主机如何跨网络通信呢?

    在这里插入图片描述

    NAT IP转换过程

    在这里插入图片描述

    • NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP 202.244.174.37;
    • NAT路由器收到外部的数据时, 又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10;
    • 在NAT路由器内部, 有一张自动生成的, 用于地址转换的表;
    • 当 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 发送数据时就会生成表中的映射关系;

    NAPT

    那么问题来了, 如果局域网内, 有多个主机都访问同一个外网服务器, 那么对于服务器返回的数据中, 目的IP都是相同的. 那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域网的主机?

    这时候NAPT来解决这个问题了. 使用IP+port来建立这个关联关系

    在这里插入图片描述

    这种关联关系也是由NAT路由器自动维护的. 例如在TCP的情况下, 建立连接时, 就会生成这个表项; 在断开连接后, 就会删除这个表项

    NAT技术的缺陷

    • 无法从NAT外部向内部服务器建立连接;
    • 装换表的生成和销毁都需要额外开销;
    • 通信过程中一旦NAT设备异常, 即使存在热备, 所有的TCP连接也都会断开;

    数据链路层

    认识以太网

    • “以太网” 不是一种具体的网络, 而是一种技术标准; 既包含了数据链路层的内容, 也包含了一些物理层的内容. 例如: 规定了网络拓扑结构, 访问控制方式, 传输速率等;
    • 例如以太网中的网线必须使用双绞线; 传输速率有10M, 100M, 1000M等;
    • 以太网是当前应用最广泛的局域网技术; 和以太网并列的还有令牌环网, 无线LAN等;

    以太网帧格式

    在这里插入图片描述

    认识MAC地址

    • MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
    • 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19);
    • 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).

    对比理解MAC地址和IP地址

    • IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
    • MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点;

    举例说明:唐僧西天取经:
    别人会问唐僧从哪来,要到哪里去。唐僧都会回答道,贫僧是从东土大唐而来,要到西方拜佛求经。

    这里的东土大唐就是:源IP
    西方雷音寺就是:目的IP

    有人问:和尚,你上一站从哪里来,下一站要到哪里去。唐僧回答:贫僧上一站从火焰山来,下一站要到女儿国去。

    火焰山和女儿国就是:MAC地址,MAC地址,在途中,是一直改变的。

    认识MTU

    MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制. 这个限制是不同的数据链路对应的物理层, 产生的限制

    • 以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位;
    • 最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTU),不同的网络类型有不同的MTU;
    • 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上,数据包长度大于拨号链路的MTU了,则需要对数据包进行分片(fragmentation);
    • 不同的数据链路层标准的MTU是不同的;

    注意:在网络中传播的数据都是MAC帧数据,而MAC帧最大只能一次传1500个字节,所以IP将报文给MAC帧时,每个报文不能大于1500,超过1500字节,IP要负责将其分片,分成多片传给MAC帧。当数据传到对端主机时,到 IP 层时,IP要负责组装,分片与组装,后面详谈。

    MTU对IP协议的影响

    由于数据链路层MTU的限制, 对于较大的IP数据包要进行分包.

    • 将较大的IP包分成多个小包, 并给每个小包打上标签;
    • 每个小包IP协议头的 16位标识(id) 都是相同的;
    • 每个小包的IP协议头的3位标志字段中, 第2位置为0, 表示允许分片, 第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包, 是的话置为1, 否则置为0);
    • 到达对端时再将这些小包, 会按顺序重组, 拼装到一起返回给传输层;
    • 一旦这些小包中任意一个小包丢失, 接收端的重组就会失败. 但是IP层不会负责重新传输数据;重传数据由TCP负责。
      在这里插入图片描述

    MTU对UDP协议的影响

    • 一旦UDP携带的数据超过1472(1500 - 20(IP首部) - 8(UDP首部)), 那么就会在网络层分成多个IP数据报。
    • 这多个IP数据报有任意一个丢失, 都会引起接收端网络层重组失败. 那么这就意味着, 如果UDP数据报在网络层被分片, 整个数据被丢失的概率就大大增加了。

    MTU对于TCP协议的影响

    • TCP的一个数据报也不能无限大, 还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度, 称为MSS(Max Segment Size);
    • TCP在建立连接的过程中, 通信双方会进行MSS协商.
    • 最理想的情况下, MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度(这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU).
    • 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值.
    • 然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS.
    • MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2);

    在这里插入图片描述

    ARP协议

    虽然我们在这里介绍ARP协议, 但是需要强调, ARP不是一个单纯的数据链路层的协议, 而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议;

    ARP数据报的格式

    在这里插入图片描述

    • 注意到源MAC地址、目的MAC地址在以太网首部和ARP请求中各出现一次,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可能是必要的
    • 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;
    • 硬件地址长度对于以太网地址为6字节;
    • 协议地址长度对于和IP地址为4字节;
    • op字段为1表示ARP请求,op字段为2表示ARP应答;

    ARP协议的作用

    ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系.

    • 在网络通讯时,源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号,却不知道目的主机的硬件地址(MAC地址);
    • 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃;
    • 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址;

    ARP协议的工作流程

    在这里插入图片描述

    ARP的原理:通过IP地址找到目标主机的MAC地址。

    ARP报头中含有目标主机的IP地址: 通过路由找到目标网络之后,但是不知道目标主机的MAC地址。因为数据在网络中传送都是以MAC帧形式的,所以双方都要知道对方的MAC地址才可以。此时ARP发一条广播出去,谁的IP地址是XXX,请主动联系我。局域网所有主机都会收到这条数据,将数据向上交付到网络层,对比自己的IP地址。如果相同,就回复自对方,将自己的MAC地址告诉对方,不同,就将数据丢弃。

    RARP原理:通过MAC地址找IP地址。

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  • 网络层协议协议介绍

    千次阅读 2022-04-23 00:10:47
    1、定义了基于IP协议的逻辑地址 2、连接不同的媒介类型 3、选择数据通过网络的最佳路径 二、IP数据包的格式 2.1 协议字段 版本:指IP协议版本,我们目前使用的就是IPv4,表示为0100 首部长度:IP

    网络层协议协议介绍

    一、网络层的功能

    1、定义了基于IP协议的逻辑地址

    2、连接不同的媒介类型

    3、选择数据通过网络的最佳路径

    二、IP数据包的格式

    2.1 协议字段
    在这里插入图片描述

    版本:指IP协议版本,我们目前使用的就是IPv4,表示为0100

    首部长度:IP数据包的包头长度

    优先级与服务类型:该字段用于表示数据包的优先级和服务类型。通过数据包中划分一定的优先级,用于实现,QoS(服务质量)的要求。注:定义IP数据包是否优先传送。比方说双11,淘宝肯定优先推送热销产品,例如衣服,而冷门的东西如铁铲,就会降低优先级,主要因为当天访问量太大。

    总长度:定义IP数据包的总长度,最长为65535字节,包括包头和数据。

    标识符:该字段用于表示IP数据包的标识符。当IP对上层数据进行分片时,它将给所有的分片分配一组编号,然后将这些编号放入标识符字段中,保证分片不会被错误地重组。标识符字段用于标志一个数据包,以便接收节点可以重组被分片的数据包。

    标志:和标识符一起传递,指示不可以被分片或者最后一个分片是否发出

    段偏移量:在一个分片序列中如何将各分片连接起来,按什么顺序连接起来

    TTL:可以防止一个数据包在网络中无限循环的转发下去,每经过一个路由器-1,当TTL的值为0时,该数据包将被丢弃

    协议号:封装上层哪个协议,ICMP:1 TCP:6 UDP:17

    首部校验和:这个字段只检验数据的首部,不包括数据部分。这是因为数据报每经过一次路由器,都要重新计算一下首部校验和

    源地址:源IP地址,表示发送端的IP地址

    目标地址:目标IP地址,表示收端的IP地址

    可选项:选项字段根据实际情况课变长,可以和IP一起使用的选项有多个。例如可以输入创建该数据包的时间等。

    三、ICMP协议(internet控制报文协议)

    3.1icmp协议

    CMP是一个“错误侦测与回馈机制”

    通过IP数据包封装的

    用来发送错误和控制消息

    3.2ICMP协议的封装

    ICMP协议属于网络层协议

    ICMP数据的封装

    2

    3.3 Ping命令的用法

    -t 在Windows 操作系统中,默认情况下发送4个ping包,如果在命令后面加上参数“-t”,系统将会一直不停ping下去

    -a 显示主机名

    -l 一般情况下,ping包的大小为32字节,有时为了检测大数据包的通过情况,可以使用参数改变ping包的大小,在linux系统下为-s

    -n指定发送包的个数 -c

    -s指定源IP去ping -i

    四、ARP协议介绍

    4.1什么是ARP协议

    将一个已知的IP地址解析成MAC地址

    4.2ARP协议的作用

    数据传输从网络层到数据链路层的封装过程中,由于数据链路层只能识别MAC地址,就需要ARP协议将IP地址解析为MAC地址,从而保障数据的正常传输

    4.3ARP工作原理

    1、PC1想发送数据给PC2,会先检查自己的ARP缓存表。

    2、如果发现要查找的MAC地址不在表中,就会发送一个ARP请求广播,用于发现目的地的MAC地址。ARP请求消息中包括PC1的IP地址和MAC地址以及PC2的IP地址和目的MA地址

    3、交换机收到广播后做泛洪处理,除PC1外所有主机收到ARP请求消息,PC2以及单播方式发送ARP应答,并在自己的ARP表中缓存PC1的IP地址和MAC地址的对应关系,而其他主机则丢弃这个ARP请求消息。

    4、PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和MAC地址的对应关系,以单播方式与PC2通信。

    存PC1的IP地址和MAC地址的对应关系,而其他主机则丢弃这个ARP请求消息。

    4、PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和MAC地址的对应关系,以单播方式与PC2通信。

    展开全文
  • IP协议的作用?IP协议的主要功能及实现原理,IP地址分类,IP数据报格式

    「作者主页」:士别三日wyx
    「作者简介」:CSDN top100、阿里云博客专家、华为云享专家、网络安全领域优质创作者
    「专栏简介」:此文章已录入专栏《计算机网络零基础快速入门》

    本章重点

    1. IP协议的作用是什么?
    2. IP地址分类有哪些?
    3. IP数据包为什么分片?怎么分片?

    在这里插入图片描述


    IP是一种 「不可靠」「端到端」的数据包 「传输服务」,主要实现两个功能:数据传输 和 数据分片。

    一、IP地址

    IP协议根据「IP地址」将数据传输到指定的目标主机,就像你寄快递的时候需要提供一个收货地址一样。

    IP地址是全世界唯一的 32 「二进制」数,通常用4位点分十进制来表示。

    在 cmd 中执行 ipconfig 命令,查看本机的IP地址:

    在这里插入图片描述

    为了便于寻址以及层次化构造网络,每个IP地址分为「网络号码」「主机号码」两个部分,同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络号码。

    1)IP地址分类

    IP地址分为A、B、C、D、E五类。
    在这里插入图片描述
    A类地址第一段是网络号码,剩下三段是主机号码;
    B类地址前两段是网络号码,剩下两段是主机号码;
    C类地址前三段是网络号码,最后一段是主机号码;

    类别IP范围子网掩码描述
    A类(1~126)1.0.0.1 ~ 127.255.255.254255.0.0.0共有126个网络,每个网络有1600万台主机,适合大规模的网络。
    B类(128~191)128.0.0.1 ~ 191.255.255.254255.255.0.0共有16384个网络,每个网络有6万台主机,适合中等规模的网络。
    C类(192~223)192.0.0.1 ~ 233.255.255.254255.255.255.0共有209万个网络,每个网络有254台主机,适合小型网络。
    D类(224~239)224.0.0.0 ~ 239.255.255.255组播地址
    E类(240~255)240.0.0.0 ~ 255.255.255.254保留地址

    2)私有IP地址

    A、B、C类地址中,分为公有IP和私有IP。

    公有IP就是「可以注册」购买的IP;
    私有IP就是「无法注册」的,用于内部使用的私有地址,私有地址如下:

    A类 10.0.0.0–10.255.255.255,1个

    B类 172.16.0.0–172.31.255.255,16个

    C类 192.168.0.0–192.168.255.255,255个

    A、B、C类地址范围中,私有IP外的地址都是公有地址(特殊地址除外)。

    3)特殊IP地址

    部分地址拥有特殊的含义,比如下面这些:

    类型地址格式描述
    全0地址0.0.0.0路由表的默认路由,表示整个网络,即网络内的所有主机,而非某一个主机,不可用。
    网络号全00.x.x.x本网内某个特定主机
    主机号全0x.0.0.0网络地址,表示整个网络
    全1地址255.255.255.255子网的广播地址,路由器不转发
    主机号全1x.255.255.255广播地址,对当前网络所有主机进行广播
    环回地址127.0.0.1 ~ 127.255.255.254代表本机IP,可用于测试网络连通性

    IP地址是数据传输功能的基础,有了IP地址,我们就能知道数据要发送到什么地方。

    二、数据分片

    IP协议负责将网络层的IP数据报(IP分组)传输到链路层,由链路层将数据封装成帧。

    在这里插入图片描述

    帧最多只能封装 1500 字节(默认)的数据,当超过上限时,就需要分割数据,放到多个数据帧中传输,到达目标主机后,再将数据重组起来。

    分割和重组的操作在路由器中完成,发送方发送的信息经过路由器时,路由器会将数据「分割」,放到不同的数据帧中,并在帧首部的字段(MF)标明数据的顺序;

    当数据传输到目的路由器后,再根据帧首部的字段将信息「重组」,发送给目标主机。

    三、IP数据报

    IP协议从网络层传输到数据链路层的数据叫做IP数据报;

    IP数据报分为首部和数据两个部分:
    在这里插入图片描述
    首部分由固定部分(20字节)和可变部分组成,首部格式如下:

    在这里插入图片描述
    1)版本(4位):IP协议版本,目标主机按照此版本解释数据,如果目标主机使用的是其他版本,则丢弃数据报。

    2)首部长度(4位):数据报协议头长度,最小值为5,最大值为15。

    3)服务(8位):用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性;前3位是优先级,后面4位成为服务类型,最后1位没有定义。

    4)总长度(16位):IP数据报的字节长度(协议头部和数据),其最大值为65535字节。

    5)标识(16位):一个整数,数据报分段时,用于识别当前数据报。

    6)标记(3位):由3位字段构成,最低位(MF)控制分段,存在下一个分段置为1,否则置0代表该分段是最后一个分段;中间位(DF)指出数据报是否可进行分段,如果为1则机器不能将该数据报进行分段;第三位即最高位保留不使用,值为0。

    7)分段偏移(13位):指出数据在源数据报中的相对位置,用于重组源数据。

    8)生存时间(8位):一种计数器,在丢弃数据报的每个点值依次减1直至减少为0。这样确保数据报拥有有限的环路过程(即TTL),限制了数据报的寿命。

    9)协议(8位):指明上层接收数据报的协议。

    10)头部校验和(16位):该字段帮助确保IP协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变,这就需要对每个点重新计算和检验。计算过程是先将校验和字段置为0,然后将整个头部每16位划分为一部分,将个部分相加,再将计算结果取反码,插入到校验和字段中。

    11)源地址(32位):源主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变。

    12)目的地址(32位):目标主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。

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