网络层协议
IP协议
网络层使用ip协议作为上层协议的外层封装,在封装数据包时需要添加ip报头,ip报头如下图所示。
IP数据包格式(分为20字节的固定部分,表示每个ip数据包必须包含的部分,和40字节的可变长部分)
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版本号(4bit):指IP协议版本。并且通信双方使用的版本必须一致,目前我们使用的是IPv4,表示为0100十进制是4
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首部长度(4):IP数据包的包头长度(不包括数据)
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优先级与服务类型(8):该字段用于表示数据包的优先级和服务类型。通过在数据包中划分一定的优先级,服务类型定义了如何处理数据一般没有使用
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总长度(16):IP数据包的总长度,最长为 65535 字节,包括包头和数据。
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标识符(16):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,它将给所有的分片数据分配一组编号,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
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标志(3):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(完整)
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段偏移量(13):一个数据包需要分片,指明这个分片举例原始数据开始的位置,作用重组数据
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TTL(time to live)生命周期(8):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 0-255
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协议号(8):封装的上层哪个协议,ICMP:1 TCP:6 UDP:17
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首部校验和(16):这个字段只检验数据报的首部,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(因为,一些字段如生存时间、标志、片偏移等可能发生变化)
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源地址(32):源ip地址,表示发送端的IP地址
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目标地址(32):目标ip地址,表示接收端的IP地址
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可选项:选项字段根据实际情况可变长,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。在可选项之后,就是上层数据
ICMP协议
icmp协议作为IP协议的辅助协议,主要的作用就是通过ping命令检测网络是否通畅。ICMP消息由类型和编码字段组成,用于指示消息的目的和具体操作。
Type | Code | 描述 |
0 | 0 | Echo Reply |
3 | 0 | 网络不可达 |
3 | 1 | 主机不可达 |
3 | 2 | 协议不可达 |
3 | 3 | 端口不可达 |
11 | 0 | 超时 |
8 | 0 | Echo Requset |
arp协议
ARP (Address Resolution Protocol) 是用于在局域网上解析物理地址(MAC 地址)与 IP 地址之间映射关系的协议。它是以太网通信中的一个重要组成部分。
在 ARP 封装中,ARP 请求和 ARP 响应是封装在以太网帧中传输的。以下是 ARP 封装的一般流程:
- 源主机 A 需要发送数据给目标主机 B,但不知道目标主机的 MAC 地址。
- 主机 A 创建一个 ARP 请求并封装在一个以太网帧中。ARP 请求中包含了源主机 A 的 MAC 地址、IP 地址以及目标主机 B 的 IP 地址。
- 主机 A 在以太网上广播这个 ARP 请求。
- 所有收到该 ARP 请求的主机都会检查请求中的目标 IP 地址是否与自己的 IP 地址匹配。如果匹配,则认为自己是目标主机 B。
- 目标主机 B 接收到 ARP 请求后,会创建一个 ARP 响应并封装在一个以太网帧中。ARP 响应中包含了目标主机 B 的 MAC 地址、IP 地址以及源主机 A 的 IP 地址。
- 目标主机 B 将 ARP 响应直接发送给源主机 A。
- 源主机 A 收到 ARP 响应后,会更新它的 ARP 缓存表,将目标主机 B 的 IP 地址和 MAC 地址映射关系保存下来。
- 源主机 A 可以使用目标主机 B 的 MAC 地址发送数据帧到目标主机。
通过以上的封装过程,ARP 协议能够实现 IP 地址与 MAC 地址之间的映射,从而在局域网上正确地传递数据。