学习总结5.IP协议和ARP协议

学习总结5.IP协议和ARP协议

IP数据包格式

网络层的功能

• 定义了基于IP协议的逻辑地址，就是ip地址

• 连接不同的媒介类型

• 选择数据通过网络的最佳路径，完成逻辑地址寻址

 

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）

 

 

 

tips：

通过 TTL的 返回值 确定你的 系统类型

1. win 128 左右

2. linux 64 左右

 

• 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

 

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。

作用：

检测网络的双向联通性

 

ping 的 格式

ping 空格 IP地址 [选项]
​
-l 指定数据包的大小

 

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 Request

• 网络波动：偶尔丢一两个包

• ping不通： 没有一个数据能到达

 

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。

ping选项:

显示自己 IP地址   ipconfig
ping  --help   显示帮助命令
-t             长ping
-l size        发送缓冲区大小。
-w             超时等待时间
-n             指定ping 几次        
​
ping  -t  ip地址  长ping   ctrl+c  停止
​
ping  -l  指定包的大小（1600 2000）   ip地址
​
ping  -w  指定等待时间（默认是秒：2 ）  ip 地址
​
ping  -n  指定的次数（5） ip 地址
​
tip：
ping的通一定通
ping不通不一定网络不通
​
tracert  也是 icmp协议
192.168.1.144      192.168.1.152
tracert   IP地址
​
tracert 192.168.1.152
经过几个路由设备
追踪
​
​
​
广播域  = 一个网段

 

tracert IP地址：windows

traceroute IP地址： linux

 

 

冲突域

冲突域是一个以太网术语，指的是这样一种网络情形，即网段上的一台设备发送分组时，该物理网段上的其他所有设备都必须债昕它。这很糟糕，因为如果同一个物理网段中的两台设备同时传输数据，将发生冲突(即两台设备的数字信号将在线路上相互干扰)，导致设备必须在以后重传数据。冲突对网络性能有严重的负面影响，因此绝对要避免冲突。前面描述的情形通常出现在集线器环境中，在这种环境中，所有主机都连接到一个集线器，它们组成一个冲突域和一个广播域。

 

总结：

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

广播域的书面定义如下:广播域指的是网段中的一组设备，它们侦昕在该网段上发送的所有广播。广播域的边界通常为诸如交换机和路由器等物理介质，但广播域也可能是一个逻辑网段，其中每台主机都可通过数据链路层(硬件地址)广播访问其他所有主机。介绍广播域的基本概念后，下面来看看半双工以太网使用的一种冲突检测机制。

总结：

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。

 

ARP协议

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。

 

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。

 

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

 

工作原理（结合交换机原理） 1、两台局域网主机互相通信为例讲解原理 ARP解析过程

1. 当PC1想发送数据给PC2，首先在自己的本地ARP缓存表中检查主机PC2的MAC地址是否存在？

2. 如果PC1缓存中没有找到响应的条目，它将询问主机PC2的MAC地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络的所有主机。 该帧中包括源主机PC1的IP、MAC地址，本地网络中的所有主机都接收到ARP请求，并且检查是否与自己的IP地址相匹配。如果发现请求中IP地址与自己IP不匹配，则丢弃ARP请求。

3. 主机PC2确定ARP请求中得IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机PC1的地址和MAC地址添加到本地缓存表中。

4. 主机PC2将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机PC1（数据帧为单播）。

5. 主机PC1收到PC2发的ARP回复消息，将PC2的IP和MAC地址添加至自己ARP缓存表中，本机缓存是有生存期的，默认ARP缓存表有效期120s。当超过该有效期后，则将重复上面过程。主机PC2的MAC地址一旦确定，主机PC1就能向主机PC2发送IP信息

 

精简版 ARP工作原理:

1. PC1想发送数据给PC2， 会先检查自己的ARP缓存表。 只在终端设备上

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MAC地址(此时为广播MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF)

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。

 

ARP报文

 

 

 

 

windows当中如何查看arp缓存表（静态arp和动态arp）

arp -a          ###查看arp缓存表 
arp -d          ###不加ip清除所有
arp -d [IP]     ###加ip  只删除改Ip
arp -s IP MAC   ###删除arp静态绑定

 

动态ARP表项老化：在一段时间内如果表项中的ARP映射关系始终没有使用，则会被删除。通过及时删除不活跃表项，从而提升ARP响应效率

总结：

ARP的作用是：

1.检测地址冲突

2.将ip地址转换成mac地址

 

华为系统中的ARP命令

[Huawei]dis mac- address ## #查看mac地址信息
​
[Huawei]arp static <IP> <MAC> ## #绑定ARP
​
[Huawei]undo arp static <IP> <MAC>  ###解绑定
​
<Huawei>reset arp all ###清除mac地址表