Internet协议——IP

IP协议基础知识思维导图，包括：1.什么是IP；2.ARP—地址转换协议；3.RARP—反地址转换协议；4.ICMP—控制报文协议。

Internet协议——IP

• 1. 什么是IP
  • IP
    • IP是通信子网的最高层，是无连接的数据报传输，是点到点的，核心是寻径。配套还有三个协议一起使用：ICMP，ARP，RARP。
  • ARP
    • 地址转换协议
  • RARP
    • 反地址转换协议
  • ICMP
    • Internet控制报文协议
• 2. ARP—地址转换协议
  • ARP是用于通过IP地址获取物理地址的协议
  • 每一个主机都有一个ARP高速缓存，用于存放IP地址到物理地址的映射。
  • 当主机的ARP高速缓存中没有目标主机IP地址到物理地址的映射时，就会广播发送一个ARP请求分组来获取目的主机的物理地址。
    • 其过程还要分为两种情况：
      • 源主机和目的主机处于相同网段（二层转发）：
        • 1. 由于源主机只有目的主机的IP地址，所以只好向所在网段中的所有设备都发送一个ARP请求分组。这个请求分组中也会带有源主机自己的物理地址。
        • 2. 其他主机收到这个请求分组之后就会拆分数据包，发现IP地址不是自己之后就会丢弃。当目的主机收到这个请求分组之后，发现就是对自己发的，就会封装一个ARP响应分组，里面带有自己的物理地址，发回给源主机。并且目的主机也会把请求分组中源主机的物理地址保存到自身ARP高速缓存中。
        • 3. 源主机收到目的主机发来的响应分组之后就会在自己的ARP高速缓存中写入目的主机IP地址到物理地址的映射。源主机和目的主机就可以进行访问啦。
      • 源主机和目的主机处于不同网段（三层转发）：
        • 1. 源主机先要判断目的主机和自己是不是在同一个网段，不在一个网段之后，需要由网关转发报文信息。
        • 2. 源主机先在自己的ARP表中查找网关的Mac地址，如果有就直接访问，没有就发送ARP请求分组。
        • 3. 目的网关收到请求分组之后，将源主机的Mac地址学习到自己的ARP表中，然后发送一个ARP响应报文。
        • 4. 源主机收到ARP响应报文之后，将网关的Mac地址学习到自己的ARP表中，然后向网关发送报文。这时的目的IP和Mac地址就变成了网关的（IP数据报中的目的IP不会变，改变的只是以太网的首部）。
        • 5. 网关收到报文之后，分析数据报，根据目的IP查找路由表。
          • 如果目的IP在自己的直连网段中：
            • 就查看自己的ARP表，如果有目的IP对应的Mac地址，就直接转发给目的IP；如果没有，就向目的IP发送ARP请求。把目的IP的Mac地址学习到自己的ARP表之后再向目的主机发送数据报文。
        • 6. 目的主机收到数据报文之后再向网关发送响应报文，再由网关转发给源主机。
• 3. RARP—反地址转换协议
  • 有地址转换协议相应的就会有反地址转换协议，用来根据物理地址得到IP地址。
  • RARP一般用于无盘系统，在开机引导的时候以广播的形式向所有服务器发送一个RARPrequest请求，里面封装的是自己的物理地址，服务器收到之后会回应一个RARPreply封包，主机收到之后就得到了自己的IP地址。
    • warn：RARP和RAP还有所不同，因为主机向本地网段发送RARP请求，网段上收到请求的服务器都会向源主机发送一个RARP响应包，这就可能会造成网络拥堵。
      • 解决办法：
        • 1. 给请求RARP的主机分配一个主服务器，其他服务器只需要记录请求的时间，如果主服务器没有在一定时间内作出响应，请求逾期之后请求主机会再次发送一个请求，这时其他非主服务器就会向请求主机发送RARPreply响应包。
        • 2. 主服务器在收到请求之后会立即作出回应，每台非主服务器会随机等待一段时间再作出回应；如果主服务器没有作出回应的话，请求主机会再延迟一段时间再重新发送一个请求，来保证在这段时间收到来自非主服务器的响应。
• 4. ICMP—控制报文协议
  • ICMP主要分为两种报文：差错报文和询问报文。可以确认数据报有没有成功送达，如果数据报丢失的话会发返回一个丢失原因。
    • ICMP数据报格式：
    • Type和code字段表示含义：
  • 源站抑制报文（属于请求报文）：当源主机向另一个主机或路由器发送数据报时，如果目的主机或路由器速率较慢，可能会导致速率较慢的主机或路由器发生堵塞，就会丢弃一些数据报，然后源主机得知之后就又会重发这些数据报，就会导致更加拥堵。目的主机就会向源主机发送一个ICMP源站抑制报文，让源主机暂停发送数据报，等待一段时间再恢复发送。
  • 还有比较常用的ICMP改变路由报文（属于差错报文）：路由器可以向源主机发送路由改变报文，改变发送数据报时经过的路由。源主机收到之后就会重写自己的路由表。
  • Ping命令
    • ping 命令用来在IP 层次上调查与指定机器是否连通，调查数据包往复需要多少时间。为了实现这个功能，ping 命令使用了两个ICMP 报文（请求报文Type = 8，Code = 0和响应报文Type = 0，Code = 0）。
• 单播、多播、广播
  • 单播
    • 单播是点到点，TCP连接就是点到点
  • 多播
    • 多播是多点发送，向一组特定的主机发送数据。
  • 广播
    • 广播是向同一网段内全部主机发送
• ARP攻击
  • ARP协议遵循后到优先原则，所以可以被进行ARP欺骗（ARP攻击）
    • 源主机在向局域网中发送ARP请求分组时，处于相同网段的所有主机都会收到来自源主机的ARP请求分组。非目的主机正常情况下收到不是发给自己的数据包之后就会丢弃，但是可以通过监听的方式获取其IP地址和Mac信息，这样非目的主机也可以向源主机发送ARP响应包。只要不停的发送，遵循后到优先的原则，源主机最后使用的一定是非目的主机发送过来的ARP响应包。