IP数据包格式、IP头部字段分析、IP数据包封装流程、IP地址解析、ICMP协议解析、ARP协议解析

1、网络层的功能：寻址和路由

定义了IP地址，连接不同的网络，选择最佳路径

协议：IP、IPX、AppleTalk

2、IP数据报报头字段

1）每一个位置称为一个字段，如版本字段、首部长度字段...

2）IP数据包的单位是32bit，即4字节，即一行内容必须是32bit

3）IP报头的固定部分 为 20字节，分为5行，每一行 32bit（4字节）

4）每个字段括号里面的数字是指用多少二进制来表示这个字段

5）IP报包有两部分组成：固定部分和可选项部分

首部：固定部分（20个字节）+可变部分

       8bit=1个字节  每个行是32bit=4个字节

可以选项：取值范围：0字节-40字节  一般情况下没有，如果有也不会超过40字节

1. 版本

指的IP地址的版本 （IPv4  IPV6）

1. 首部长度：

次数据包的首部长度一共是多少，有没有加可现项

1. 优先级与服务类型：

表示数据包是否需要优选传递 如果有值为1 如果没有值为0

1. 总长度：

表示的是整个数据包的大小，也就是 首部+数据

1. 标识符、标志、段偏移量：

的作用将拆开的数据包进行组合（用来数据重组的）

标识符：他表示的是一个数据包的编号，每个数据包都有一个唯一的编号

举例：第一个ping包的表示符是3231

举例：第二个ping包的表示符是3232= 3231+1

TTL值：数据生命周期当此值的数字变成0时，该数据包就和被丢弃，每经过一台路由器时值减1

协议号：数据包在网络中传递时所用的协议，用的是那个协议

固定编号：当编号为6时，表示上层用的是 TCP协议--传输层的协议

当编号为17时，表示上层用的是 UDP协议--传输层的协议

当编号为1时，表示上层用的是ICMP协议---是网络层的协议

首部校验和:是用来做数据包核对用的，确定数据包是否是完整，如果是就接收，如果不是完整的数据包，不接收该数据包，让重新发送（整个过程不需要我们来做，设备自己进行计算）

可选项：他是一个可变长度，取值范围：0-40个字节  一般数据包中不是加该选项的，

       什么情况下加该选项：当想要传输用户  密码  软件使用场景是会用到该字段

数据：他是应用层发出的数据-----在数据包中体现，单独看不到

实验一：

验证验证TTL值的变化：

实验目的：查看在网络中数据包的TTL值每经过一个路由器 值会减

实验思路：

1. 搭建拓扑图

2.给PC配置IP地址（IP地址、掩码、网关）

3.给路由器的接口配置IP地址

4.在路由器的两个接口上抓包（先抓包在测试互通）

    和看到一个接口的TTL值是128   

    另外一个接口的TTL值是127

undo terminal  monitor   \\关闭信息提示

system-view    \\进去系统视图

[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/0  \\进入接口0/0/0

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address  192.168.1.254   24  \\给接口0/0/0添加IP地址

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]quit   \\返回

[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1  \\进入接口0/0/1

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip  address  192.168.2.254 24  \\给接口配置IP地址

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit   \\返回

如图路由器的G0/0/0接口TTL

ENSP抓包学习分析IP报头

数据包在网络中的封装流程：

主要看数据链路层的源MAC地址和目标MAC地址，与网络层的源IP地址和目标IP地址，在网络中的变化

在路由器接口G0/0/0

数据链路层的地址   源MAC地址和目标MAC地址

网络层的地址      源IP地址 目标IP地址

   

在路由器接口G0/0/1

数据链路层的地址   源MAC地址和目标MAC地址

网络层的地址   源IP地址 目标IP地址

总结：数据包在网络中发送时网络层的源IP地址和目标IP地址一直保持不变

      数据包在跨网段之间互通时数据链路层的目标MAC地址和源 MAC地址每经过一个网段就会发生一次变化

如果不跨网段数据在通信的时候，

网络层的地址：源IP地址  和目标IP地址 不变   

数据链路层的地址：源MAC地址和目标MAC地址 不变的

[Huawei]display  interface  GigabitEthernet 0/0/0  \\查询路由器接口信息

[Huawei]display  interface GigabitEthernet 0/0/1

网络层的地址：源IP地址===类似快递包裹最开始发出的城市

数据链路层的地址：源MAC地址=====类似快递在传输过程中经过的城市

----------------------------------查询交换机的MAC地址--------------------------------

[Huawei]display bridge mac-address 

System bridge MAC address: 4c1f-ccd0-03e2

------------------------------------------------------

• IP地址

1. IP地址：互联网协议地址
2. 作用：

唯一的标识一个网络设备（电脑、手机、服务器、手环、智能电视机）在网络中的位置，具有唯一性

1. 任何一部手机和任何一台电脑如果想要访问网络，都必须具备两个地址，一个叫做ＩＰ地址，一个叫做MAC地址

1.  结构：

      --IPv4地址的长度：32个二进制位（32个0和1组成的值）

--IPv4地址举例：

10进制：      192.       168.       1.        1    人类用的

2  进制： 11000000. 10101000.00000001.00000001  计算机用的

==============================================

问题：网络中会不会有这样的地址：300.1.0.1

   答案： 不会 因为 8个bit位 都为1 转换成十进制为255；

===============================================

1. IPv4地址表示方式

--点分十进制：以4组十进制数来表示，之间用.隔开，称点分十进制

192.   168.      1.    1

1. IPv4地址的组成：网络位+主机位
2. 如何区分IP地址的网络位和主机位

      --使用子网掩码来区分，所以掩码长度也是32bit

--子网掩码和IP地址是好基友，形影不离，有IP地址的地方，一定会有子网掩码，有子网掩码的地方，一定会有IP地址；

1. 如何通过子网掩码区分IP地址的网络位和主机位：   

IP地址	192	168	1	1
子网掩码	255	255	255	0
子网掩码转二进制数	11111111	11111111	11111111	00000000

--先将十进制转换成二进制，IP地址和子网掩码进行比对

--IP地址中与子网掩码1所对应的位就是网络位

--IP地址中与子网掩码0所对应的位就是为主机位

----------------------------------课堂例子---------------------------------------

IP地址：

子网掩码：11111111. 11111111. 11111111.00000000

           网络位    网络位     网络位   主机位

IP地址中如果与子网掩码中1所对应的位置就是网络位

-----------------------------------------------------------------

============================================

例如：找出来那些是网络位那些是主机位？

  IP地址：192.168.1.1  子网掩码：255.255.255.0

    网络位：192.168.1     主机位：.1

  IP地址：10.10.10.1   子网掩码：255.0.0.0

    网络位：10     主机位：.10.10.1

-------------------------------掩码的三种表示方式-----------------------------

IP地址：192.168.1.1/24

十进制子网掩码 255.255.255.0  

二进制子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000

IP地址：191.0.0.1/16   

十进制子网掩码 255.2550.0  

二进制子网掩码 11111111.11111111.00000000.00000000

IP地址：10.10.10.1/8

十进制子网掩码 ：255.0.0.0

 二进制子网掩码 ：11111111.00000000.00000000.00000000

------------------------------------------------------------

• IP地址的分类

 1）为什么要将IP地址进行分类呢？

因为IPv4的地址数量太多了，一共有232=4294967296个，

为了好管理IP地址，人们将IP地址分为5类

、

单播地址：一个IP地址对应一个网络设备

组播地址：一个IP地址对应部分网络设备

广播地址：一个IP带孩子对应所有的网络设备

2）P地址按照范围分类跟子网掩码没有关系，也跟网络位和主机位没有关系

ABC三类默认掩码：

5）默认的子网掩码

A类地址（默认）：255.0.0.0  （1网3主）

B类地址（默认）：255.255.0.0  （2网2主）

C类地址（默认）：255.255.255.0  （3网1主）

备注：默认的意思，是指默认情况下是这样，但是不是绝对的是这样

在企业网络中，大部分不用默认子网掩码（有类地址和无类地址）

6）IPv4地址的使用情况：

--存在的问题---IPv4地址严重不够用

--解决方案：切换IPv6-----考虑到各层之间互通是否能够支持ipv6

        --缓解方案：将IP地址进行公有IP地址和私有IP地址的划分

                    将IP地址进行子网划分

7）公有地址：

1）在互联网上使用的合法地址

2）需要向运营商付费租用的地址

3) 具有唯一性

4）举例：家里联网--需要花钱---租用公有IP地址和带宽的费用

8）私有地址：

1. 预留给企业内部或家庭内部使用，不需要花钱租用，但不能上网

家庭和公司都可以自由的使用，由公司的网络工程师自己分配的

1. 私有地址在企业内部使用，不同的企业，可以重复使用私有IP地址，

但是私有地址在同一个企业内部是唯一的。

1. 私有IPv4地址分类：

A类私有范围：10.0.0.0~10.255.255.255

有效地址范围：10.0.0.1~10.255.255.254

B类私有范围：172.16.0.0~172.31.255.255

有效地址范围：172.16.0.1~172.31.255.254

C类私有范围：192.168.0.0~192.168.255.255

有效地址范围：192.168.0.1~192.168.255.254

备注：在企业中公有IP地址和私有IP地址在使用时，都是公网地址和私有地址结合起来使用----使用NAT转换

     一个网段中有多少个IP地址？

           看主机位的个数，就是2的几次方

例如 ：192.168.1.00000000/24   

         网络位   主机位 （8个）  

         28=256-2=254

              为什么要减2呢？

              每个网段中有2个地址不能用，一个是网络地址

一个是广播地址

 9）IP地址中的网络地址和广播地址

网络地址：主机位全为0的地址 192.168.1.0

           代表的是一个网络范围、或一个网段，并不具备唯一性

广播地址：主机位全为1的地址 192.168.1.255

           代表的一个内所有的网络设备，不具备唯一性

备注：网络/广播地址不能配置给任何一个网络设备来使用，

因为他们不具有唯一性！

 10）特殊IP地址

  --回环测试地址：

范围：127.0.0.0--127.255.255.255  使用：127.0.0.1  

作用：一般测试 自己的网卡是否有故障

  --32位全为1的地址： 255.255.255.255

作用：当网络设备找不到具体主机时会使用这个地址，发给连接自己的所有主机来寻找目标设备；

 --32位全为1的地址： 0.0.0.0

作用：如果有主机配置了该地址，代表没有配置地址

可用地址：

 在一个网段中除非了主机位全0和主机位全1的地址，剩下都是可配置单个网络设备使用

==============练习======================

200.78.39.7   255.255.255.0

网络地址：   200.78.39.0

广播地址：   200.78.39.255

可用IP地址范围：200.78.39.1-----200.78.39.254

 减去主机位全0的地址和主机为全1的地址，剩下是可用的

162.28.32.10  255.255.0.0

网络地址：   162.28.0.0

广播地址：   162.28.255.255

可用IP地址范围：162.28.0.1-----162.28.255.254

                  162.28.00000000.0000001

                  162.28.00000000.0000010

                  162.28.00000000.0000100

 减去主机位全0的地址和主机为全1的地址，剩下是可用的

10.1.1.1/8         10.0.0.0/8

10.10.100.99/8     10.0.0.0/8

是属于同一个网段

192.168.98.6/17  255.255.128.0=11111111.11111111.10000000.00000000

215=32768-2=32766

2主机位次方-2（一个网络地址、一个是广播地址）

如果让算每个网段中有多个可用的IP地址数量：公式

===================================

• ICMP协议概述

1、ICMP

1）Intrnet Control Message Protocol，网络控制消息协议

2）作用：探测网络连接情况

3）位于TCP/IP的第三层（网络层）

2、ICMP的作用：

--探测网络中存在哪些问题，从而根据回应解决对应的问题。

3、ICMP 消息提示 ：

1）连接建立成功，Reply from（从对方回应） 目标地址 .. .. 连接成功

-数据可以达到对方，并接到对方的回应，简单来说就是ping通了

1. 目标主机不可达，Destination host unreachable.

 数据的通信：发送数据 -----传数据----接收数据

1. 原因：数据包出不去，在PC中没办法发出去

--同网段中没有这个地址

--夸网段通信时，本主机没有填写网关地址

--在进行数据封装时失败，导致数据无法发出

1. 请求时间超时，Request timed out. 

原因：数据包可以出去，但是回不来【肉包子打狗】

-- 数据包从主机中发出去了，但是中间传输的网络设备无法找到目标主机

-- 数据包从主机中发出去了，传输的网络设备也将数据包发送给目标主机了，但是目标主机没有回复，或者目标主机回复的消息，中间的传输设备没能正常转发给源主机

-- 对方主机没有填写网关地址

-- 防火墙，被防火墙阻断了

4、icmp报文类型

1）echo request  8 请求报文

2）echo replay   0 应答报文

实验验证：

   配置思路：

1. 配置终端设备

           给PC机配置IP地址参数

2. 配置网络设备

           路由器

           -初始化（关闭消息提示、修改设备名）

      -给接口配置IP地址

undo   terminal  monitor  \\关闭终端消息提示

system-view  \\进去系统试图

[Huawei]sysname r1  \\给设备修改名R1

[r1]interface GigabitEthernet 0/0/0  \\进入接口0/0/0

[r1-GigabitEthernet0/0/0]ip address  192.168.1.254  24  \\给此接口配置IP地址

[r1-GigabitEthernet0/0/0]quit  \\返回

[r1]interface GigabitEthernet 0/0/1  \\进入接口0/0/1

[r1-GigabitEthernet0/0/1]ip address  192.168.2.254 24\\给此接口配置IP地址

[r1-GigabitEthernet0/0/1]quit  \\返回

记得报文类型：未来在工作做可以拒绝接收类型为8的包

Ping 192.168.2.1  -t    一直ping

Ctrl+c  停止

• ARP的协议

     属于网络层的协议

1、什么是ARP

1）地址解析协议

2）作用：已知目标设备的IP地址，获取目标设备的MAC地址

3）解析的方式：发送arp广播，得到mac地址后，缓存到arp缓存表中

4）源设备发送 ARP 请求报文，通过广播的方式

5）目标设备回应 ARP 回应报文，通过单播的方式

2、为什么要解析为MAC地址呢？

      为了完成数据帧的封装

数据帧的格式：目标MAC  源MAC   类型   数据   帧校验序列

如果表里没有IP地址和MAC地址的对应关系 就需要通过ARP协议获取

如果表里有 就直接完成数据帧的封装

TYPE  对应关系

3、ARP工作过程

1）主机10.1.1.1要与10.1.1.2通信，首先要发送ARP广播

2）所有的主机都接受到10.1.1.1的ARP广播，但只有10.1.1.2给他回复一个单播

包，并缓存10.1.1.1的MAC地址

3）主机10.1.1.1将10.1.1.2的MAC地址保存到ARP缓存中，然后就可以发送数据

1. 实验抓包

1. ARP请求包（广播）

1. ARP回应包（单播）

5、Windows 主机 arp 常用命令

1）arp -a       //显示arp缓存表

2）arp -d      //清空arp缓存表

3）arp -s 192.168.1.2 00-0c-29-00-00-01    //添加arp静态映射