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  • DNS、NAT、ARP&RARP

    2017-06-16 07:47:56
    对于同一个主机,机器只能识别通过二进制命名的点分十进制(IPv4)地址,这类地址是由总长度为32位的二进制,每八位使用“.”进行隔开,隔开的二进制数转换成十进制,于是就有了点分十进制表示的IP地址,如202.108....
    1. DNS
      (1)什么是DNS?
      域名系统(Domain Name System,DNS)解决人与机器交互过程中的命名问题。对于同一个主机,机器只能识别通过二进制命名的点分十进制(IPv4)地址,这类地址是由总长度为32位的二进制,每八位使用“.”进行隔开,隔开的二进制数转换成十进制,于是就有了点分十进制表示的IP地址,如202.108.22.5;然而对于人类来说,大量的IP地址会产生大量的数字,记忆起来十分不方便,因此产生了分层树状结构的注册域名,比如www.baidu.com,实际上,这两个表示的是同一个地址,前者便于机器理解,后者便于人类理解和记忆。
      (2)DNS工作方式
      DNS用于运行TCP/IP协议的网络,当网络中有客户机进行域名查询时,本地DNS服务器会率先响应请求,在本地的主机文件中查询网址映射关系,如果有,就将查询到的结果返回给主机;
      如果本地主机没有对应的映射关系,则启用迭代查询。本地DNS服务器将用户请求转发给根DNS服务器,根DNS服务器收到请求(.com域)后,根据域名命名空间判断对这个域名进行授权管理的DNS服务器,并由进行授权管理的授权服务器解析,如果无法解析,则将请求转发给下一级的DNS服务器地址(baidu.com)对本地DNS服务器进行解析,如果它还是无法解析,则再进行下一级DNS服务器地址(www.baidu.com)进行交付,直至找到解析结果,最后将查询结果返回给本地DNS服务器,并进行缓存。

    2. NAT
      (1)什么是NAT?
      网络地址转换(Network Address Translation,NAT)是接入广域网技术,为了解决网络IP地址不足的问题, 将Internet上的IP地址分为两类,一类是合法地址(共有地址),一类是保留地址(私有地址),前者用于网络之间的通信,后者只能在网络内部使用,无法被外部网络设备识别,使用NAT技术可以实现两类地址之间的转换,使得网络内部的数据包可以被外部网络识别,并可以有效隔离来自外部网络的攻击,隐藏并保护网络内部的设备。
      (2)NAT工作方式
      NAT的具体实现可以通过以下三种方式:

      • 静态转换:一对一的固定私有IP地址与公有IP地址之间的转换;当内部数据包的目的地址为外部IP地址时,在网关处从NAT表中查找对应的转换条目,用共有IP地址替换私有IP地址,在外部网络中路由到达目的IP,而外部的数据包在进入内网的时候,同样要根据静态转换条目进行地址转换。
      • 动态转换:动态定义可以进行地址转换的私有IP地址集和可以转换为哪些公有IP地址集,当客户机发出请求时,随机选择进行转换的公有IP地址;当数据包到达网关时,检查NAT表,查看是否已经建立了私有IP地址与公有IP地址的映射,如果没有,则动态、随机地从NAT池中选择一个公有地址进行映射,建立转换条目,并替换源地址,当数据传输完成,转换条目被删除,公有地址被回收到NAT池。
      • 端口地址转换(Port Address Translation,PAT)可以实现地址复用,动态更改端口号,建立源地址与端口号的映射,内部网络的所有主机均可以共享一个合法外部IP地址访问外网;当数据包到达网关时,检查NAT表,查看是否已经建立了转换条目,如果没有,查看是否已经存在其他的转换条目,如果存在其他的转换条目,则直接调用共有IP地址进行源地址替换,并保存IP地址与端口号的映射。
    3. ARP和RARP
      (1)什么是ARP?
      地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP)实现IP地址与物理地址之间的对应关系。在数据报传输过程中,数据报的IP地址会根据数据报传输过程中经过的设备进行改变,但是目的MAC地址始终保持不变。底层的物理网络通过物理地址来发送和接收消息,高层软件通过IP地址来指定源地址和目的地址。ARP使用广播的方式,使主机和设备之间互相通知自己的IP地址和物理地址的映射关系,源主机维护者一个ARP Cache表,在构建IP数据报时首先从ARP Cache表中找到目的IP地址的主机报告它的MAC地址,当收到IP所有者的ARP Relay报文后,更新Cache表。
      逆地址解析协议(Reverse Address Resolution Protocol,RARP)作用与ARP相反,用于将MAC地址转换为IP地址。
      (2)ARP工作方式
      主机通过数据报的目的IP地址,在本地ARP缓存中查找匹配的MAC地址,如果找到,进行通信;
      如果没有找到,则将请求目的IP地址硬件地址的请求帧广播到本地网络上的所有主机,包含进行请求主机的IP地址和MAC地址;
      网络上的主机将请求中的IP地址与自己的IP地址进行匹配,如果不匹配,则扔掉ARP请求;如果匹配,则目的主机将源主机的IP地址与MAC地址映射添加到自己的ARP缓存中,并将自己的IP地址与MAC地址映射发送给源主机;
      源主机收到回复消息后,就更新ARP缓存时间(ARP缓存有生存期),进行通信。

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