网络通信原理

IP数据包格式

网络层概述

位于OSI模型第三层

作用

定义网络设备的逻辑地址，俗称网络层地址（如IP地址）
在不同的网段之间选择最佳数据转发路径

协议

IP协议

IP数据包格式

网络层的所有功能，都是通过该层的诸多协议实现的

目前网络中，主要的网络层协议是IP 协议

3.3.1

IP数据报是可变长度的，它由两部分组成：首部和数据

首部由两部分组成:固定部分和可变部分
固定部分20字节，可变部分由一些选项组成，最长40字节

3.3.2

字段作用解析

版本：指的IP地址的版本（IPv4 或 IPV6）
首部长度：数据包的首部长度一共是多少
优先级与服务类型：表示数据包是否需要优选传递
总长度：表示的是整个数据包的大小，也就是首部+数据
标识符、标志、段偏移量：作用将拆开的数据包进行组合（用来数据重组的）
TTL值：数据生命周期
- 作用：防止数据无限循环转发
- 原理：数据包每经过一台路由器，TTL值会减1，当TTL为0时，数据包被丢弃
协议号：数据包在网络中传递时所用的协议
- 1 – ICMP
- 6 – TCP
- 17 – UDP
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则丢弃
源IP地址：表示发送这个数据包的设备的IP地址
目标IP地址：表示接收这个数据包的设备的IP地址
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
数据：他是应用层发出的数据—–在数据包中体现，单独看不到

IP地址解析

网络与广播地址

网络地址

主机位全为0的IP地址
表示的是一个网络范围，仅仅表示一个区域，不代表任何一个主机
例如：192.168.1.0 255.255.25.0，是网络地址

广播地址

主机位全为1的IP地址
表示的是一个网络范围内的所有主机/设备
例如：192.168.1.255 255.255.255.0，是广播地址

可用IP地址

可用IP地址范围及广播地址

3.3.3

网络层常见协议

ICMP协议概述

概述

ICMP（Internet Control Message Protocol），Internet控制消息协议
位于 OSI 模型第三层，即网络层
协议号：1

作用

在IP网络中发送控制消息，反馈可能发生在通信环境中的各种问题，从而为网络连通性测试以及网络故障定位提供有效指示信息

场景示例

当路由器收到一个不能被送到最终目的地的数据包时，路由器会向源主机发送一个ICMP主机不可达的消息

3.3.4

ICMP协议应用

测试工具-Ping

测试两个设备之间的连通性
使用的是ICMP协议的数据包

测试命令

ping 目标IP
ping 目标IP -t //一直ping目标地址
ping 目标IP -c X //指定ping几次
ping 目标IP -i X //指定ping包的字节大小
tracert 目标IP //路由追踪

Echo Request，请求报文

Echo Reply，响应报文

3.3.5

常见的Ping反馈结果

连接建立成功，Reply from 目标地址….
目标主机不可达，Destination host unreachable
- 同网段中没有这个IP地址，或IP地址错误
- 跨网段通信时，本主机没有填写网关地址
请求时间超时，Request timed out
- 对方主机没有填写网关地址
- 对方的防火墙阻断了

ARP协议概述

ARP（address resolution protocol）：地址解析协议

属于OSI 模型第三层（网络层）
主要作用是:基于目标IP地址获得对应的目标MAC地址，从而完成数据的2层头部封装实现数据的快速转发

ARP报文类型

ARP请求报文，源设备以广播的方式发送，向所有设备请求MAC地址
ARP回应报文，目标设备以单播的方式回应，直接返回给“源设备

ARP核心工作表

ARP表，包含的是IP地址与MAC地址的对应关系条目
ARP条目分为静态和动态两种类型
动态ARP条目的存活时间是1200s

任何设备发送数据的原理

任何设备在发送数据包之前，必须检查ARP 表，查看包含去往目标IP地址时所使用的MAC地址
如果ARP表包含目标IP地址对应的条目，则使用目标MAC封装数据
如果ARP表不包含对应的ARP条目信息，则发送ARP请求，获得目标MAC

ARP常用命令

PC>arp -a //查看arp缓存表
Internet Address Physical Address Type
192.168.1.2 54-89-98-B9-74-25 dynamic (动态)
PC>arp -d //清空arp缓存表
PC>arp -s 192.168.1.2 54-89-98-B9-74-25 //添加静态的ARP表记录

ARP工作原理

设备刚开机时，ARP表是空的
主机10.1.1.1要与10.1.1.2通信，首先以广播方式发送ARP 请求

3.3.6

所有主机都接收到10.1.1.1的ARP请求报文，但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并将10.1.1.1的MAC地址保存在自己的ARP表

3.3.7

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

路由原理和配置

什么是路由

将数据包从一个网段发送到另一个网段

需要依靠具备路由功能的设备来完成
常见的路由设备有路由器或三层交换机、防火墙

路由器如何工作

根据路由表选择最佳路径

每个路由器都维护着一张路由表，这是转发数据包的关键
每条路由表记录指明了：到达某个子网或主机应从路由器的哪个物理端口发送，通过此端口可到达该路径的下一个路由器的地址

[R1]display ip routing-table

 目的地址   /掩码        协议      优先级      开销值              下一跳            出接口 

 Destination/Mask      Proto     Pre        Cost               NextHop          Interface