IP协议

一、IP数据包格式

1、网络层的功能

1. 定义了基于IP协议的逻辑地址，就是ip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，完成逻辑地址寻址

数据封装的时候在网络层会封装ip地址的头部，形成ip数据包 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

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）

• 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

• 首部长度（4）：IP数据包的包头长度（不包括数据）

• 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

• 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。

• 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

• 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)

• 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

• 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

• 协议号（8）：封装的上层哪个协议，ICMP:1 TCP:6 UDP:17

• 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）

• 源地址（32）：源ip地址，表示发送端的IP地址

• 目标地址（32）：目标ip地址，表示接收端的IP地址

• 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

  注：根据实际情况可变长，例如创建时间等 上层数据

2、ICMP协议

Internet控制消息协议ICMP (Internet Control Message Protocol)是IP协议的辅助协议

ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

icmp作用：

检测网络的双向联通性

Tybe：代表类型                                    Code：代表具体情况

Tybe	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 Request

网络波动：偶尔丢一两个包

ping不通：没有一个数据能到达

ping的格式

ping  空格  IP地址  [选项]

-l 指定数据包的 大小

-t：长ping 一直ping下去  ctrl+c停止

-w：超时等待时间

指定超时等待时间为几秒

-n：指定ping几次

指定发送几个包

ping

1. ping 自己 127.0.0.1 硬件

2. 看双方地址是否有问题

3. 看网关是否有问题

4. 防火墙策略是否有问题（ 配合 找网络工程师）

功能：

Ping Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP协议。 Ping常用于探测到达目的节点的网络可达性。

tracert IP地址 win

traceroute Ip地址 linux

冲突域

两台设备同时发送消息时，互相干扰，那他们就处于同一个冲突域

广播域

一台机器发送广播，能收到消息的机器 都是在同一广播域

交换机的所有端口默认在同一个广播域里，

路由器的 每一个端口都是一个独立的 广播域

二、ARP协议

作用：检测地址冲突

                   无故ARP：当一台设备获取到一个Ip 地址时 ，会自动发送一个无故ARP，检测是否有设备已使用了此地址

                   将ip地址转换成mac 地址

1、什么是arp协议

ARP协议是地址解析协议（Address Resolution Protocol）是通过解析IP地址得到MAC地址的，是一个在网络协议包中极其重要的网络传输协议，它与网卡有着极其密切的关系，在TCP/IP分层结构中，把ARP划分为网络层，为什么呢，因为在网络层看来，源主机与目标主机是通过IP地址进行识别的，而所有的数据传输又依赖网卡底层硬件，即链路层，那么就需要将这些IP地址转换为链路层可以识别的东西，在所有的链路中都有着自己的一套寻址机制，如在以太网中使用MAC地址进行寻址，以标识不同的主机，那么就需要有一个协议将IP地址转换为MAC地址，由此就出现了ARP协议，所有ARP协议在网络层被应用，它是网络层与链路层连接的重要枢纽，每当有一个数据要发送的时候都需要在通过ARP协议将IP地址转换成MAC地址，在IP层及其以上的层次看来，他们只标识IP地址，从不跟硬件打交道

2、ARP协议如何工作的

为了实现IP地址与MAC地址的查询与转换，ARP协议引入了ARP缓存表的概念，每台主机或路由器在维护着一个ARP缓存表（ARP table），这个表包含IP地址到MAC地址的映射关系，表中记录了<IP地址，MAC地址>对，我称之为ARP表项，如我们前面那张图所展示的一样，他们是主机最近运行时获得关于其他主机的IP地址到MAC地址的映射，当需要发送数据的时候，主机就会根据数据报中的目标IP地址信息，然后在ARP缓存表中进行查找对应的MAC地址，最后通过网卡将数据发送出去。ARP缓存表包含一个寿命值（TTL，也称作生存时间），它将记录每个ARP表项的生存时间，生存时间到了就会从缓存表中删除。从一个表项放置到ARP缓存表中开始，一个表项通常的生存时间一般是10分钟吗，当然，这些生存时间是可以任意设置的，我们一般使用默认即可。

ARP协议工作过程

• Pc1首先查看本机的ARP缓存表，如果有就直接发送
• 如果没有就会发送广播询问，谁有192.168.1.2mac地址
• 同一个网段的所有机器都会收到广播，只有pc2会恢复（因为是发送给PC2的）其余PC丢弃
• PC1会收到PC2的回复，数据包里面会携带PC2的MAC地址

通过ARP协议知道MAC地址后，进行数据帧的封装

• PC1会发送数据帧给交换机
• 交换机收到PC1发送的数据帧，查找MAC地址表
• 如果有对应的MAC地址直接转发
• 没有就广播
• PC2会回复自己的MAC地址给交换机，形成MAC地址表
• 下次就以单播的形式进行通讯

 

三、总结

通过这章节的学习，知道了ICMP的作用：检测网路中主机之间的双向连通性以及IP数据包格式