网络层协议介绍

一、网络层的功能

• 定义了基于IP协议的逻辑地址
• 连接不同的媒介类型
• 选择数据通过网络的最佳路径

二、IP数据包格式

1.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IPv4，表示0100
2.首部长度(4)：IP数据包的包头长度
3.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，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
4.总长度(16)：定义IP数据包的总长度，最长为65535字节，包括包头和数据。
5.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，它将给所有的分片分配一组标号，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。
6.标志(3)：和标识符一起传递，指传输数据是否需要分片。
7.段偏移量(13)：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。
8.TTL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的值位0时，该数据包将被丢弃。
9.协议号(8)：封装的上层那个协议，ICMP:1 TCP:6 UDP:17
10.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。这是因为数据报没经过 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、片偏移等可能发生的变化）。
11.源地址(32)：源IP地址，表示发送端的IP地址
12.目标地址(32)：目标IP地址，表示接收端的IP地址
13.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。在选项之后，就是上层数据。
14.数据

三、ICMP协议(Internet控制报文协议)

1、ICMP的作用和功能

• ICMP是一个“错误侦测与回馈机制”
• 通过IP数据包封装的
• 用来发送错误与控制信息

ICMP协议功能：作为网络管理员，必须知道网络设备之间的连接状况，因此就需要有一种机制来侦测或通知网络设备之间可能发生的各种各样的情况，这就是ICMP协议的作用。ICMP协议(Internet Control Message Protocol)的全称是“Internet控制消息协议”，主要用于在IP网络中发送控制消息，提供可能发生通信环境中的各种问题的反馈。通过这些反馈信息，管理员就可以对所发生的问题作出判断，然后采取适当的措施去解决。

ICMP报文有两种类型：差错报告报文和查询报文。

2、ICMP协议的封装

• ICMP协议属于网络层协议
• ICMP数据的封装过程
  

3、ping命令和tracert命令的使用

（1）ping命令

ping命令是用来检查网络连通性的
解析：当我们ping一台主机时，本地计算机发出的就是一个典型的ICMP数据包，用来测试两台主机是否能够顺利连通。ping命令能够检测两台设备之间的双向连通性，即数据包能够到达对端，并且能够返回。

（2）ping命令不通的几种情况

1.当主机有一个默认网关时，如果他ping其他网段的地址，到不了的话，显示的是request timeout（此时他把icmp包发给网关，至于后面的事他就不管，如果没有包回应，就显示request timeout）。
2.当一个主机没有默认网关时或者配置了网关但是和网关不通时，如果他ping其他网段的的地址显 示的是Destination host unreachable（此时他发送arp请求包请求网关的mac地址）。
3.当一个路由器ping他路由表中没有的地址时，显示的是request timeout（此时不发任何包）。
4.当路由器ping一个路由表中存在地址时，如果没有回应，则显示的也是request timeout（此时发送arp请求包，请求目标ip的mac地址）。

（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ping命令后面加上参数"-t"，系统将会一直不停地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
-s：指定源IP去ping

（4）tracert命令

tracert命令作用是追踪
在命令行中输入"tracert"并在后面加入一个IP地址，可以查询从本机到该IP地址所在的电脑要经过的路由器及其IP地址。

四、ARP协议

1、什么是ARP协议？

• Address Resolution Protocol,地址解析协议
• 将一个已知的IP地址解析成MAC地址

2、ARP工作原理

• PC1发送数据给PC2，查看缓存没有PC2的MAC地址
• PC1发送ARP请求消息（广播）
• 所有主机收到ARP请求消息
  • PC2回复ARP应答（单播）
  • 其他主机丢弃
• PC1将PC2的MAC地址保存到缓存中，发送数据

解析：PC1发送数据给PC2,查看ARP缓存表中有没有缓存PC2的MAC地址。如果PC1缓存中没有找到PC2的MAC地址，ARP以帧的方式进行广播，帧中包括原主机的IP地址和MAC地址，然后本地所有主机都会接收到PC1的ARP请求，并且检查是否与自己的IP地址相匹配。如果不匹配，则丢弃数据。PC2确定ARP请求中得到的IP地址和自己的IP地址匹配，则将PC1的IP地址和MAC地址记录在自己的ARP缓存表中。PC2会将包含MAC地址的ARP做一个回复消息，直接发送给PC1（数据链路层的单播）。当PC1收到PC2的信息之后，会将PC2的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP缓存表中。本机缓存表是有生命周期的，默认是120s。120s内没有操作的话，后面会重复上述操作。

3、ARP攻击原理

ARP攻击发送的是ARP应答，但是ARP应答中的MAC地址为虚假地址，所以在其他主机想要进行通信时，会将目的MAC地址设置成此虚假MAC地址导致无法正常通信。
例如：如果希望被攻击主机无法访问互联网，就需要对网关发送或被攻击主机发送虚假ARP应答。当网关接收到虚假的ARP应答更新ARP条目后，如果网关再发送数据给PC1时，就会发送到虚假的MAC地址导致通信故障。

4、ARP欺骗原理

ARP欺骗的原理和ARP攻击基本相同，但是效果不一样。ARP攻击最终的结果是导致网络中断，而ARP欺骗的最终结果是使得流量通过自身达到监控或控制的目的。

总结

1.IP数据包格式重点理解各字段的含义

2.ICMP用来发送错误和控制信息

3.ARP协议用来实现IP到MAC地址的解析

4.ARP协议通过广播查询目标主机MAC地址

5.ARP攻击是通过伪造ARP应答进行欺骗攻击