网络层协议介绍

一.网络层的功能

定义了基于IP地址协议的逻辑地址
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.协议字段

版本号 （4bit）：是指IP协议版本，要求版本号一致（目前我们使用的版本号是IPv4）
首部长度（4bit）：IP数据包的包头长度（不带有数据）
优先级与服务类型（8bit）：表示数据包的优先和服务类型。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（定义IP数据包是否优先传送）
总长度(16bit）：定义IP数据包的总长度，最长字节为65535，其中包括包头和数据（一般为20字节）
标识符（16bit）：用于表示IP数据包的标识符，当IP对上层数据进行分片时，会给所有分片分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段中，以保证分片不会被错误的重组。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
标志（3bit）：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（13bit）：在一个分片序列中如何将个分片按照什么顺序连接起来
TTL（8bit）：生命周期可以防止一个数据包在网络中无限循环转发下去，每经过一个路由器时TTL-1，当生命周期为0时，该数据包将会被丢弃
协议号（8bit）：封装的上层协议，ICMP：1；TCP：6；UDP：17
首部校验和（16bit）：该字段只检验数据包的首部，不包括数据部分，因为每经过一次路由器时都需要重新计算首部校验和（因为一些字段如生存时间、标志、片偏移等可能发生变化）
源地址（32bit）：源IP地址，表示发送端的IP地址
目标地址（32bit）：目标IP地址，表示接收端的IP地址
可选项：可选项字段会根据实际情况变化，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）
数据：即上层数据

三.ICMP协议（Internet控制报文协议）（Ping）

ICMP：Internet Control Messages Protocol全称是网络控制报文协议，主要用于在IP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反馈。
ICMP是一个“错误侦测与回馈机制”
通过IP数据包来封装的
用来发送错误和控制消息

3.1ICMP协议的封装

ICMP协议属于网络层协议
ICMP数据的封装过程

3.2Ping命令

ping命令的基本格式：
C：>ping 【-t】【-l 字节数】【-a】 [-i] IP_Address|target_name
Ping命令的主要作用有：
用来检测网络的连通情况和分析网络速度；根据域名得到服务器IP；
根据ping返回的TTL值来判断对方所使用的操作系统及数据包经过路由器数量。
ping命令的参数
常见参数指令如下：
-t Ping 指定的主机，直到停止。
-a 将地址解析为主机名。
-i TTL 生存时间。
-l size 发送缓冲区大小。

四.ARP协议

4.1ARP协议概述

局域网中主机的通信
IP地址与MAC地址
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

4.2ARP协议是如何工作的

以两台主机互相通信为例：
1.当PC1想要发送数据给PC2，首先在自己的本地ARP缓存表中检查主机PC2的匹配MAC地址
2.如果PC1缓存中没有找到相应的条目，他将询问主机PC2的MAC地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络的所有主机，该帧中包络源主机PC1的IP、MAC地址，本地网络中的所有主机都收到了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地址与自己的IP不匹配，则丢弃数据
3.主机PC2确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机PC1的IP地址与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（实现数据帧的单播）
5.主机PC1收到PC2发送的ARP回复，将PC2的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP缓存表中，本机缓存是有生存周期的，默认ARP缓存表有效期为120s。当超过该有效期后，将会重复上面操作（主机PC2的MAC地址一旦确定，主机PC1就能像主机PC2发送IP信息）

4.3Windows中如何查看ARP缓存表

4.4ARP攻击与欺骗

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。

ARP欺骗的原理和ARP攻击基本相同，但是效果不同。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。

ping不通的几种情况
1.主机有一个默认网关，如果ping其它网段的地址到不了的话会显示请求超时，此时他把ICMP包发给网关，至于后面的事就与他无关，如果没有包回应，就显示request timeout
2.当一个主机没有默认网关或者配置了网关但是和网关不通时，如果他ping其它网段的地址，显示的是Destination host
unreachable （此时可通过发送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，如果没有回应，则显示request timeout（此时不发任何包）
4.当路由器ping一个路由表中存在的地址时，如果没有回应，则显示requesttimeout（此时发送ARP请求包，请求目标IP的MAC地址）