IP数据包格式、ICMP、ARP

文章目录

• IP数据包格式
• ICMP协议
• ping命令和tracert命令
• ARP协议
• 总结

网络层的功能

1、定义了基于IP协议的逻辑地址，就是IP地址

2、连接不同的媒介类型

3、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

​ 数据封装的时候在网络层会封装ip地址的头部，形成ip数据包，那么ip数据包是怎样的格式呢，里面包含哪些内容?

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)
**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

**首部长度( 4) 😗*IP数据包的包头长度

**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。

**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

简单理解:整体分段，给每段添加标号，体现完整性。收到同一标号，会重组。

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

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,数据重组，按顺序连接

TTI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

**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。这是因为数据报没经过一次路由器，都要重新计算部校验和(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．例如创造时间等 上层数据

ICMP协议

1、ICMP是一个“错误侦测与反馈机制”

2、通过IP数据包封装的

3、用来发送错误和控制消息

备注：控制消息协议、提供各种问题的反馈，可及时做出判断解决

ICMP协议的封装

1、ICMP协议属于网络层协议

2、ICMP数据的封装过程

​ 有了ip地址以后我们如何判断和对方的连通性？通常使用ping命令去ping网络上的一个ip地址，那么ping命令使用的协议是icmp协议
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"，主要用于在网络中发送控制消息，提供可能发生在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做出判断，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。

ping命令和tracert命令

哪里使用到了ICMP协议–ping命令和traceroute/tracert (windows使用）命令

​ 在检查网络连通性时，ping 命令是用得最多的当我们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，并能够返回
ping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其他网段的地址，显示的是Destination hostunreachable (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)

ping命令的用法:结合具体在什么场景使用什么选项
-t 在Nindows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 ping -t ip

​ -a 显示主机名 ping -a

​ -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 ping -t ip -l

​ #在linux系统下为-s
​ -n 指定发送包的个数 -c ping -c 数据包 IP

​ -s 指定源IP去ping -I

WIN:
tracert命令:
在命令行中输入"tracert"并在后面加入一个TP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，追踪所经过的路由真正的方向。

Linux :traceroute IP/域名

ping命令示范

无法访问目标主机：可能是因为没有正确配置网关

ARP协议

1、局域网中主机的通信（ IP数据与MAC地址)

2、什么是ARP协议：地址解析协议、将一个已知的IP地址解析成MAC地址

简单理解：Mac 网卡

​ Ip 主机地址

​ 将已知的IP地址解析成MAC地址

arp协议（详解）
什么是arp协议：
ARP协议是地址解析协议(Address ResolutionProtocol)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
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〈ARPtable)，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地址信总，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，我们一股使用默认即可。

注解:只记录IP 、Mac ,进行通信时会绑定

帧广播

ARP相关的命令(静态ARP与动态ARP)

arp -a :查看ARP缓存表

arp -d :清除ARP缓存

ARP -s ip MAC 删除ARP静态绑定。

注解：-d 删不了的原因 可能是非管理员

工作原理(结合交换机原理）
1、两合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匹配的MAC地址
(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发挥的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。
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。

如提示ARP项添加夫败，解决方案:
a、用管理员模式:电脑左下角"开始"按钮右键，点击"windows PowerShe11（管理员)(A)"或者进入c盘windlows \system32文件夹找到cmd.exe，右键"以管理员身份运行"再执行arp -s命令;

绑定arp ( win10)
cmd中输入
netsh -c i i show in 查看网络连接准确名称，如:本地连接、无线网络连接

netsh -c “i i” add neighbors 19 "ip ” “Mac”，这里19是idx号。//绑定
netsh -c “i i” delete neighbors 19，这里19是idx号。//解绑
netsh interface ipv4 set neighbors<接口序号>
动态ARP表项老化。在一段时间内（默认180s)）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。

华为系统中的ARP命令

dis mac-address ##查看MAC地址信息

arp static ##绑定ARP

undo arp static ##解绑定ARP

reset arp all ##清除Mac地址表

总结

要充分认识和理解数据帧格式和工作的与原理、通过ICMP中的ping和tracert进行错误侦查，最后的ARP解析过程，要充分理解和掌握，结合相关命令，在生产实践中得以学以致用。