网络层协议总结

网络层,说简单点,就是在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。
有四个协议:ARP协议,IP协议,ICMP协议,IGMP协议。

IP协议

1、概念(协议内容即设定ip地址,实现数据传输)
IP协议是TCP/IP协议簇中的核心协议,也是TCP/IP的载体。所有的TCP,UDP,ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。IP提供不可靠的,无连接的数据传送服务。
(1)不可靠指它不能保证IP数据报能成功到达目的地。
IP仅提供最好的传输服务。当发生某种错误时,如某个路由器暂时用完了缓冲区,IP有一个简单的错误处理算法:丢弃该数据报,然后发送ICMP消息给信源。任何要求的可靠性必须由上层来提供。
(2)无连接指IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。
每个数据报的处理是相互独立的。IP数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报(先是A,然后是B)每个数据报都是独立的进行路由选择,可能选择不同的路线,因此B可能在A到达之前先到达。
引用于https://blog.csdn.net/baidu_37964071/article/details/80467838

2、简介
网络层协议总结_第1张图片
上图中:
主机:是配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备;
路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制;
节点: 主机和路由器的统称;

路由
路由,简单来说,就是在复杂的网络结构中, 一跳一跳找出一条通往终点的路线。
IP数据包的传输过程
(1)当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP;
(2)路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器;
(3)依次反复, 一直到达目标IP地址;
那么如何知道当前这个数据包该发送到哪里呢?
这就依靠每个节点内部维护一个路由表,如果目的IP命中了路由表,就直接转发。

DHCP(动态主机配置协议)

通过合理设置网络号的主机号,就可以保证在相互连接的网络中,每台主机的IP地址都不相同。但是,手动管理子网内的IP,是一个相当麻烦的事情。 因此出现了一种叫做DHCP的技术,能够自动给子网内新增主机节点分配IP地址,避免了手动管理IP的不方便。且一般的路由器都带有DHCP功能.因此路由器也可以看做一个DHCP服务器。
指的是由服务器控制一段lP地址范围,客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的lP地址和子网掩码。

ICMP (网际控制报文协议)

ICMP协议是一个网络层协议。(基于ip数据报)
一个新搭建好的网络,往往需要先进行一个简单的测试,来验证网络是否畅通;但是IP协议并不提供可靠传输。如果丢包了,IP协议并不能通知传输层是否丢包以及丢包的原因。所以我们就需要一种协议来完成这样的功能–ICMP协议。

ICMP协议的功能

ICMP协议的功能主要有:

  1. 确认IP包是否成功到达目标地址
  2. 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因

它用于在IP网络设备之间发送控制报文,传递差错、控制、查询等信息。在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据,但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
网络层协议总结_第2张图片
ICMP报文分类
目标不可达、原点抑制、重定向或改变路由、时间戳

ICMP报文应用:
raceroute的工作原理 (知道路径,差错报文)

是利用ICMP差错控制报文中的TTL超时会回向源点发送一个时间超时报文。
例如A 主机 traceroute B主机,A会封装一些分组,这些分组很特殊,例如第一个分组的TTL设置为1 ,第二个分组的TTL设置为2以此类推…当第一个分组到达第一个路由器时,发现TTL变成了0就会给源主机发送一个时间超时报文,这也就知道了这个分组所经过的一个路由器,同理可得。 当最后一个分组到达B主机时。收集每个时间超时的报文中的IP 就获得了A主机到B主机的路径。

ping程序工作原理(ICMP询问报文,两点间是否可通信)

ping程序是用来探测主机到主机之间是否可通信,如果不能ping到某台主机,表明不能和这台主机建立连接。ping使用的是ICMP协议,它发送icmp回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定:目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。如果源主机在一定时间内收到应答,则认为主机可达

ARP协议(地址解析协议)

ARP出现原因以及内容(将IP地址解析为MAC地址)

ARP协议
(先把信封拆开,根据信件里的IP地址解析出『地址解析协议ARP』对应的物理地址,然后将这个MAC地址写到信封上然后发出去)
地址解析协议。其作用是在以太网环境中,数据的传输所依懒的是MAC地址而非IP地址,而将已知IP地址转换为MAC地址的工作是由ARP协议来完成的。

在局域网中,网络中实际传输的是“帧”,帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中,一个主机和另一个主机进行直接通信,必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢?它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址,查询目标设备的MAC地址,以保证通信的顺利进行。

ARP映射方式
动态映射,静态映射
ARP流程

1.ARP请求(广播)
任何时候,当主机需要找出这个网络中的另一个主机的物理地址时,它就可以发送一个ARP请求报文,这个报文包好了发送方的MAC地址和IP地址以及接收方的IP地址。因为发送方不知道接收方的物理地址,所以这个查询分组会在网络层中进行广播。(见图1)
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2 ARP响应(单播)
局域网中的每一台主机都会接受并处理这个ARP请求报文,然后进行验证,查看接收方的IP地址是不是自己的地址,只有验证成功的主机才会返回一个ARP响应报文,这个响应报文包含接收方的IP地址和物理地址。这个报文利用收到的ARP请求报文中的请求方物理地址以单播的方式直接发送给ARP请求报文的请求方。(见图2)
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IGMP(组管理协议)

它让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。多播路由器需要这些信息以便知道多播数据报应该向哪些接口转发。

OSPF : ( 开放式最短路径优先).

在网络中使用OSPF协议后,大部分路由将由OSPF协议自行计算和生成,无须网络管理员人工配置,当网络拓扑发生变化时,协议可以自动计算、更正路由,极大地方便了网络管理。OSPF协议是一种链路状态协议。每个路由器负责发现、维护与邻居的关系,并将已知的邻居列表和链路费用报文描述,通过可靠的泛洪与自治系统AS 内的其他路由器周期性交互,学习到整个自治系统的网络拓扑结构;并通过自治系统边界的路由器注入其他AS的路由信息,从而得到整个Internet的路由信息。

BGP : (Border Gateway Protocol )边界网关协议,用来连接Internet上独立系统的路由选择协议

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