TCPIP高頻考點(diǎn)之一個(gè)數(shù)據(jù)包的流浪日記

4、網(wǎng)絡(luò)層IP

數(shù)據(jù)包的傳輸主要經(jīng)過應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。承接應(yīng)用層HTTP、傳輸層TCP講解，應(yīng)用層數(shù)據(jù)被傳輸層包裹后接下來就需要被網(wǎng)絡(luò)層包裹了，網(wǎng)絡(luò)層的核心任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)主機(jī)與主機(jī)之間的通信。講解IP層之前需鋪墊眾多基礎(chǔ)知識(shí)。

 

4.1IP基礎(chǔ)知識(shí)

4.1.1IP定義

現(xiàn)實(shí)生活人能找到人是因?yàn)橹辣舜说脑敿?xì)地址，在網(wǎng)絡(luò)中要通訊就要知道對(duì)方的IP地址，IPv4是由32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來表示的，每4位算一組并換算成10進(jìn)制數(shù)據(jù)，組與組之間通過.分割。

IPv4

 

4.1.2IP分類

為了便于尋址和層次化的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，IP地址被分為A、B、C、D、E五類。

IP分類

A、B、C三類IP中是有網(wǎng)絡(luò)號(hào)跟主機(jī)號(hào)共同組成的，我們常說的IP地址=網(wǎng)絡(luò)地址+主機(jī)地址。A、B、C三類IP都有若干位固定值表示不同類型，并且網(wǎng)絡(luò)號(hào)全為0的情況下網(wǎng)絡(luò)不可用，網(wǎng)絡(luò)地址的主機(jī)位全部變成1被提前標(biāo)記為是廣播地址，全部被標(biāo)記為0表示是主機(jī)地址，即是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)的地址。

廣播地址

BroadcastAddress廣播地址指同時(shí)向該局域網(wǎng)上所有的主機(jī)發(fā)送報(bào)文，如136.78.255.255就是B類地址中的一個(gè)廣播地址，你將信息送到此地址，就是將信息送給網(wǎng)絡(luò)號(hào)為136.78的所有主機(jī)。

在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播的叫做本地廣播，這個(gè)廣播地址發(fā)出的IP包會(huì)被路由器屏蔽。

在不同網(wǎng)絡(luò)之間的廣播叫做直接廣播。

主機(jī)地址

在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段中主機(jī)號(hào)全為0代表這個(gè)網(wǎng)絡(luò)段本身，稱之為網(wǎng)絡(luò)號(hào)。這個(gè)地址是不可以分配給主機(jī)的。

多播

D類網(wǎng)段中的多播用于將包發(fā)送給特定組內(nèi)的所有主機(jī)。

主機(jī)之間一對(duì)一的通訊模式叫單播，主機(jī)之間一對(duì)所”的通訊模式叫廣播，主機(jī)之間一對(duì)一組的通訊模式叫多播。

4.1.3子網(wǎng)掩碼

SubnetMask又叫網(wǎng)絡(luò)掩碼、地址掩碼，子網(wǎng)掩碼只有一個(gè)作用，就是將某個(gè)IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。

子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)，并說明該IP地址是在局域網(wǎng)上，還是在遠(yuǎn)程網(wǎng)上。

子網(wǎng)掩碼的主機(jī)號(hào)部分全部為0，非主機(jī)號(hào)部分全部為1。

子網(wǎng)掩碼不能單獨(dú)存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。

通過子網(wǎng)掩碼，就可以判斷兩個(gè)IP在不在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)部。

子網(wǎng)掩碼可以看出有多少位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，有多少位是主機(jī)號(hào)。

用子網(wǎng)掩碼可以得到網(wǎng)絡(luò)地址跟主機(jī)地址。

將ip地址與子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。

將二進(jìn)制形式的ip地址與子網(wǎng)掩碼做’與’運(yùn)算，將答案化為十進(jìn)制便得到網(wǎng)絡(luò)地址。

將二進(jìn)制形式的子網(wǎng)掩碼取反。

將取反后的子網(wǎng)掩碼與ip地址做與運(yùn)算，將答案化為十進(jìn)制便得到主機(jī)地址。

子網(wǎng)掩碼一般分為兩類，第一類是系統(tǒng)自帶的：

A類地址子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0。

B類地址子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0。

C類地址子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0。

第二類就是自定義子網(wǎng)掩碼，將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)，需要每一段使用不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)或子網(wǎng)號(hào)，實(shí)際上我們可以認(rèn)為是將主機(jī)號(hào)分為兩個(gè)部分：子網(wǎng)號(hào)、子網(wǎng)主機(jī)號(hào)。形式如下：

未做子網(wǎng)劃分的ip地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)＋主機(jī)號(hào)

做子網(wǎng)劃分后的ip地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)＋子網(wǎng)號(hào)＋子網(wǎng)主機(jī)號(hào)

也就是說ip地址在化分子網(wǎng)后，以前的主機(jī)號(hào)位置的一部分給了子網(wǎng)號(hào)，余下的是子網(wǎng)主機(jī)號(hào)。

4.1.4無分類地址

IP分類劃分的優(yōu)點(diǎn)：

簡單明了、根據(jù)前面幾位固定值即可判斷。

IP分類劃分的缺點(diǎn)：

生活中你會(huì)發(fā)現(xiàn)C類地址包含最大主機(jī)數(shù)有點(diǎn)少，而B類又有點(diǎn)大，分配IP無法很好的跟現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)需求匹配。

相同的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下是沒有地址層次的，比如公司用了B類地址，而你的生產(chǎn)、測(cè)試、開發(fā)三個(gè)環(huán)節(jié)要?jiǎng)澐植煌牡刂穼哟?。這無法實(shí)現(xiàn)。

既然IP分類會(huì)導(dǎo)致有這么多不便，人們后面提出了無分類地址的方案，該方案會(huì)將32比特的IP地址劃分為兩部分，前面是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后面是主機(jī)號(hào)。

比如10.100.34.33/24，這種地址表示形式就是CIDR，/24表示前24位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，剩余的8位是主機(jī)號(hào)。此時(shí)具有如下信息：

子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0

網(wǎng)絡(luò)號(hào)：10.100.34.0

可用地址范圍：10.100.34.0~10.100.34.255

廣播地址：10.100.34.255

 

4.1.5私網(wǎng)IP、公網(wǎng)IP

 

內(nèi)網(wǎng)跟外網(wǎng)

 

私網(wǎng)IP：一般是在局域網(wǎng)內(nèi)使用，不同局域網(wǎng)可能有相同的私網(wǎng)IP地址。在電腦想訪問外網(wǎng)上網(wǎng)時(shí)，必須使用公網(wǎng)，私網(wǎng)是不被允許的。

公網(wǎng)IP：公網(wǎng)IP世界只有一個(gè)，訪問互聯(lián)網(wǎng)需要公網(wǎng)IP作為身份的標(biāo)識(shí)，公網(wǎng)IP是由InterNIC因特網(wǎng)信息中心負(fù)責(zé)。這些IP地址分配給注冊(cè)并向InterNIC提出申請(qǐng)的組織機(jī)構(gòu)。通過它直接訪問因特網(wǎng)。

 

4.2IP層+ MAC層基礎(chǔ)信息

4.2.1ARP、RARP

經(jīng)過TCP處理數(shù)據(jù)后，接下來就會(huì)通過主機(jī)的路由表或路由器的路由表來確定IP數(shù)據(jù)包下一跳到哪兒。這里需注意，數(shù)據(jù)傳輸的最底層是鏈路層，鏈路層是根據(jù)MAC地址傳輸?shù)模詥栴}變成了如何通過目標(biāo)IP獲得下一跳的MAC地址。

AddressResolutionProtocol 協(xié)議是地址解析協(xié)議，ARP是通過解析IP地址得到MAC地址，ARP協(xié)議的主要工作就是建立、查詢、更新、刪除ARP表項(xiàng)。

ARP協(xié)議引入了ARP緩存表的概念，每臺(tái)主機(jī)或路由器在維護(hù)著一個(gè)ARP緩存表，這個(gè)表包含IP地址到MAC地址的映射關(guān)系，表中記錄了對(duì)，稱之為ARP表項(xiàng)，ARP表項(xiàng)里的數(shù)據(jù)一般都是含有TTL屬性的，默認(rèn)10分鐘?？赏ㄟ^arp-a查看服務(wù)器ARP緩存表信息。

ARP的工作流程：

主機(jī)會(huì)通過廣播發(fā)送ARP請(qǐng)求包，該包中包含了想要知道的MAC地址的主機(jī)IP地址。

同一局域網(wǎng)內(nèi)的所有主機(jī)都會(huì)接收到這個(gè)請(qǐng)求，如果目標(biāo)IP地址與接收到ARP請(qǐng)求的主機(jī)自身IP地址吻合就會(huì)返回一個(gè)ARP應(yīng)答，告訴目標(biāo)MAC地址，接著把數(shù)據(jù)傳送過去。

如果目標(biāo)IP跟起始IP不在同一局域網(wǎng)內(nèi)，會(huì)跳躍到路由器，先查詢路由表，找到目標(biāo)MAC則返回，找不到則路由器會(huì)接著往下跳，每跳一次就會(huì)請(qǐng)求MAC地址，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)MAC地址的主機(jī)上。就這樣通過跳一跳的方式最終把數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)機(jī)器。

操作系統(tǒng)通常會(huì)把第一次通過ARP獲取的MAC地址緩存起來，以便下次直接從緩存中找到對(duì)應(yīng)IP地址的MAC地址。

同時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸期間，源IP和目標(biāo)IP始終是不變的，一直變化的是MAC地址，因?yàn)殒溌穼有枰狹AC地址在以太網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)設(shè)備之間的包傳輸。

RARP的功能正好跟ARP相反，它是已知MAC地址求IP地址。比如打印機(jī)等小設(shè)備會(huì)通過MAC獲得IP地址，RARP的工作流程大致如下：

主機(jī)發(fā)送一個(gè)本地的RARP廣播，能夠到達(dá)局域網(wǎng)上的所有設(shè)備，在此廣播包中，聲明自己的MAC地址并且請(qǐng)求任何收到此請(qǐng)求的RARP服務(wù)器分配一個(gè)IP地址。

本地網(wǎng)段上的RARP服務(wù)器收到此請(qǐng)求后，檢查其RARP列表，查找該MAC地址對(duì)應(yīng)的IP地址；

如果存在，RARP服務(wù)器就給源主機(jī)發(fā)送一個(gè)響應(yīng)數(shù)據(jù)包并將此IP地址提供給對(duì)方主機(jī)使用。如果不存在，RARP服務(wù)器對(duì)此不做任何的響應(yīng)。

源主機(jī)收到從RARP服務(wù)器的響應(yīng)信息，就利用得到的IP地址進(jìn)行通訊，如果一直沒有收到RARP服務(wù)器的響應(yīng)信息，表示初始化失敗。

 

4.2.1網(wǎng)卡MAC

ARP要找MAC，而MAC是在網(wǎng)卡上的。NetworkInterfaceCard網(wǎng)卡工作在鏈路層組件，是局域網(wǎng)中連接計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口，網(wǎng)線插到網(wǎng)卡上，網(wǎng)卡插在電腦的主板上。起到連接你上網(wǎng)的作用。

網(wǎng)卡上的重要組成單元MAC，MediaAccessControl地址是6字節(jié)數(shù)據(jù)燒錄在網(wǎng)卡上的，MAC地址跟人的身份證號(hào)一樣具有全球唯一性。網(wǎng)卡上面還裝有處理器和存儲(chǔ)器，包括RAM和ROM，網(wǎng)卡具有如下作用：

數(shù)據(jù)的封裝跟解封。

鏈路管理，自動(dòng)處理錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)。

編碼與譯碼，數(shù)據(jù)加工發(fā)到網(wǎng)絡(luò)，接受網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解析。

IP層拿到MAC地址后，接下來需要網(wǎng)卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，網(wǎng)卡一般通過網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序工作。這里大致說下網(wǎng)卡工作流程：

網(wǎng)卡從IP層拿到數(shù)據(jù)后會(huì)復(fù)制數(shù)據(jù)到網(wǎng)卡緩存區(qū)。

在數(shù)據(jù)頭部添加報(bào)頭跟起始幀分界符用來表示包的起始位置，尾部添加用于檢測(cè)包是否有損壞的幀校驗(yàn)序列。

1. 物理層數(shù)據(jù)幀

   最后網(wǎng)卡將最終的電信號(hào)發(fā)出。

 

4.2.3IP跟MAC關(guān)系

數(shù)據(jù)傳輸真實(shí)流程

 

主機(jī)H1網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)通過ARP協(xié)議將數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)鏈路層的MAC1，然后數(shù)據(jù)被封裝成幀發(fā)送到MAC2，

路由器R1通過MAC2收到MAC幀后，向網(wǎng)絡(luò)層傳輸并且解封去掉MAC幀的首部，獲得干凈數(shù)據(jù)，然后再通過MAC2發(fā)送到MAC3，

路由器R2通過MAC3收到MAC幀后，向網(wǎng)絡(luò)層傳輸并且解封去掉MAC幀的首部，獲得干凈數(shù)據(jù)，然后再通過MAC3發(fā)送到MAC4，

然后目標(biāo)路由器收到信息包后不斷拆解，最終把數(shù)據(jù)發(fā)送到H2。

發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)從高層下到底層然后才到通信鏈路上傳輸，使用IP地址的IP數(shù)據(jù)報(bào)一旦交給數(shù)據(jù)鏈路層就加上MAC地址封裝成MAC幀，在實(shí)際的傳送過程中，使用的源地址和目的地址都是MAC地址。

有人可能問既然MAC有唯一性，為什么不直接用MAC要用IP呢？Mac地址種類繁多，海量分布。IP地址就像是門牌號(hào)，Mac地址就像身份證號(hào)。如果只知道身份證號(hào)就只能在全世界查找，如果知道IP地址，那就跟知道了這個(gè)人在世界上詳細(xì)地址一樣，逐層追蹤即可，查找起來會(huì)快很多。

IP層屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié)，讓用戶在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，讓用戶使用統(tǒng)一的、抽象的IP地址研究主機(jī)和主機(jī)或主機(jī)和路由器之間的通信。通俗一點(diǎn)來說就是有了IP地址，就只通過路由器找到目的主機(jī)，屏蔽了下層網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)型，由MAC地址完成下層的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2.4網(wǎng)關(guān)、貓

網(wǎng)關(guān)作用

網(wǎng)關(guān)

從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間，必然要經(jīng)過一扇門。同樣從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，也必須經(jīng)過一道關(guān)口，網(wǎng)關(guān)顧名思義是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口，也就是網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡。

網(wǎng)關(guān)Gateway這個(gè)概念是邏輯層面的，網(wǎng)關(guān)一個(gè)大概念，不具體特指一類產(chǎn)品，只要連接兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都可以叫網(wǎng)關(guān)，可以是局域網(wǎng)也可以是廣域網(wǎng)。

網(wǎng)關(guān)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通向其他網(wǎng)絡(luò)的IP地址，不同網(wǎng)段通過網(wǎng)關(guān)通信。

調(diào)制解調(diào)器

是一種計(jì)算機(jī)硬件，俗稱貓，它的作用是將電腦想要發(fā)送的信息數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)線中的電流脈沖模擬信號(hào)從而使信息在網(wǎng)線中傳輸。一般在早期通過電話線上完時(shí)候需要用到貓，最大速度一般不超過56kps，現(xiàn)在幾乎很少使用了。

調(diào)制調(diào)解器

 

4.2.5交換機(jī)、集線器

數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)卡操作到達(dá)交換機(jī)Switch，交換機(jī)工作在MAC層，也被為二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

作用：交換機(jī)是用來連接多個(gè)終端（電腦、手機(jī)、打印機(jī)），然后幫各個(gè)終端來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的，適合局域網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)。

原理：交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)原理是記錄下每個(gè)終端的MAC地址，以及這個(gè)MAC地址對(duì)應(yīng)哪個(gè)接口。然后信息來的時(shí)候查表導(dǎo)航即可。這里需注意交換機(jī)是沒有MAC地址的。

1. MAC

   如果查找MAC地址表發(fā)現(xiàn)找不到所需信息，此時(shí)交換機(jī)會(huì)以廣播的形式把包轉(zhuǎn)發(fā)到除源端口外的所有端口上，然后目標(biāo)端口會(huì)自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，非目標(biāo)自動(dòng)屏蔽垃圾數(shù)據(jù)。這里需注意有個(gè)特殊的MAC跟IP地址屬于廣播地址。以下兩個(gè)屬于廣播地址：

MAC= FF:FF:FF:FF:FF:FF

IP=255.255.255.255

集線器hub：

一個(gè)口收到的信號(hào)，原封不動(dòng)的發(fā)送給所有其他的口，由其他的口上的設(shè)備自己決定是否接收信號(hào)。有點(diǎn)類似廣播，但是比廣播更純粹。

 

4.2.6路由器

數(shù)據(jù)經(jīng)過交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)要訪問的IP不在局域網(wǎng)內(nèi)就要找路由器了，路由器Router一般特指能夠?qū)崿F(xiàn)路由尋找和轉(zhuǎn)發(fā)的特定類產(chǎn)品，路由器很顯然能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。一般說來，路由器作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。

路由器根據(jù)接收到數(shù)據(jù)包中的網(wǎng)絡(luò)層地址以及路由器內(nèi)部維護(hù)的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，路由器一般提供如下功能：

網(wǎng)絡(luò)互連：實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互相通信。

路徑選擇：為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳傳輸路徑進(jìn)行傳輸。

數(shù)據(jù)處理：提供分組過濾轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu)先級(jí)、防火墻等功能。

網(wǎng)絡(luò)管理：提供配置管理、性能管理、流量控制等功能。

路由器做了2個(gè)普通交換機(jī)做不了的事：

不同網(wǎng)段互連：每個(gè)主機(jī)有自己的ip地址，ip地址又是分網(wǎng)段的，要實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段的互連，必須用到路由器。各地的玩家，ip地址一定是不同網(wǎng)段的。

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換：主機(jī)在企業(yè)內(nèi)部或者網(wǎng)吧內(nèi)部，使用的都是私網(wǎng)ip地址，私網(wǎng)ip地址無法進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，想進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，必須轉(zhuǎn)成公網(wǎng)ip。ip地址的轉(zhuǎn)換也是由路由器來做的。

路由器是基于IP設(shè)計(jì)的，俗稱三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，路由器的每個(gè)端口都有MAC地址跟IP地址，路由器會(huì)檢查數(shù)據(jù)幀目標(biāo)地址字段中的數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)識(shí)。如果它包含了路由器接口標(biāo)識(shí)符或廣播標(biāo)識(shí)符，那么路由器將從幀中剝離出數(shù)據(jù)包并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。

當(dāng)路由器收到電信號(hào)后也會(huì)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)然后進(jìn)行FCS校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)送方的MAC地址是給自己的則接受該幀，否則丟失該幀。

根據(jù)目標(biāo)IP及RoutingTable路由表決定信息如何轉(zhuǎn)發(fā)。路由表中保存著子網(wǎng)的標(biāo)志信息、網(wǎng)上路由器的個(gè)數(shù)和下一個(gè)路由器的名字等內(nèi)容。路徑表可以是由系統(tǒng)管理員固定設(shè)置好的，也可以由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)修改，可以由路由器自動(dòng)調(diào)整，也可以由主機(jī)控制。Linux服務(wù)器一般用route-n 查詢系統(tǒng)當(dāng)前路由表。

路由規(guī)則

 

descIP逐個(gè)跟路由表中每行的Netmask按位與運(yùn)算，獲的目標(biāo)IP，看跟哪一行的Destination相等。

找到目標(biāo)行，利用Gateway及對(duì)應(yīng)網(wǎng)卡Iface進(jìn)行。

Gateway不為空：說明仍然需要利用Gateway繼續(xù)上面的路由傳輸。

Gateway為空：說明找到IP包頭里的目標(biāo)地址了，到達(dá)終點(diǎn)。

進(jìn)行ARP請(qǐng)求，先從路由緩存嘗試轉(zhuǎn)換，然后再發(fā)送ARP請(qǐng)求。進(jìn)行頭部MAC地址的替換。

進(jìn)行數(shù)字信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)發(fā)出。

經(jīng)過交換機(jī)到達(dá)下個(gè)路由器，周而復(fù)始，直到到達(dá)目標(biāo)地址。

最后一行Destination和Netmask都是0.0.0.0，表示是默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，如果其他所有條目都無法匹配，就會(huì)自動(dòng)匹配這一行。并且后續(xù)就把包發(fā)給Gateway。

4.2.7DHCP

DynamicHostConfigurationProtocol動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。當(dāng)我們將客戶主機(jī)ip地址設(shè)置為動(dòng)態(tài)獲取方式時(shí)，DHCP服務(wù)器就會(huì)根據(jù)DHCP協(xié)議給客戶端分配IP，不用用戶自己去設(shè)置IP地址跟子網(wǎng)掩碼，然后客戶機(jī)能夠利用這個(gè)IP上網(wǎng)。

UDP獲取IP流程

簡單說下DHCP交互流程：

因?yàn)榭蛻舳藳]有IP地址，所以全程使用UDP廣播的形式發(fā)送DHCPDiscover包。

服務(wù)器收到后會(huì)返回DHCPOffer包，比如IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、IP地址租期等。

客戶端從眾多回復(fù)信息中選一個(gè)進(jìn)行配置，向選中的服務(wù)器發(fā)送DHCPRequest包請(qǐng)求分配IP。

服務(wù)器收到Request包后，用DHCPACK報(bào)文對(duì)請(qǐng)求報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)，應(yīng)答所要求的參數(shù)。

這里需注意UDP廣播只在局域網(wǎng)，那難道一個(gè)局域網(wǎng)就要有個(gè)DHCP服務(wù)器嗎？系統(tǒng)為此引入了DHCP中繼代理，對(duì)不同網(wǎng)段的IP地址分配也可以由一個(gè)DHCP服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行管理。

DHCP通常被應(yīng)用在大型的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的主機(jī)動(dòng)態(tài)的獲得IP地址、Gateway地址、DNS服務(wù)器地址等信息，并能夠提升地址的使用率。

4.2.8NAT

NAT

私網(wǎng)IP的服務(wù)器想要上網(wǎng)的時(shí)候需要轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)IP才能跟外界通訊，而 NetworkAddressTranslation網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換就是負(fù)責(zé)干這事的。但需注意NAT只是實(shí)現(xiàn)了IP轉(zhuǎn)換，所以還是沒有解決IPv4擴(kuò)容的問題。NAPT可以實(shí)現(xiàn)IP地址+端口一起進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就可以實(shí)現(xiàn)不同電腦公用一個(gè)公網(wǎng)IP，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)叫網(wǎng)絡(luò)地址與端口轉(zhuǎn)換。

這個(gè)轉(zhuǎn)換用到的是NAPT路由器的轉(zhuǎn)換表，現(xiàn)在路由器上一般會(huì)自動(dòng)生成跟維護(hù)這個(gè)表。

缺點(diǎn)：

通信過程中NAT路由器重啟，則TCP連接要重置。

NAT表的生產(chǎn)跟轉(zhuǎn)換都需生成跟維護(hù)的。

公網(wǎng)的IP無法主動(dòng)跟NAT內(nèi)部服務(wù)器建立連接，因?yàn)镹APT表沒記錄。

解決方法：

NAT穿透技術(shù)：該技術(shù)可以讓網(wǎng)絡(luò)程序主動(dòng)發(fā)現(xiàn)自己位于NAT設(shè)備上，主動(dòng)獲得NAT設(shè)備公網(wǎng)IP，然后建立NAPT表。

上IPv6：128位二進(jìn)制絕對(duì)夠地球上的終端使用。

4.2.9ICMP

InternetControlMessageProtocol互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議。它是TCP/IP協(xié)議簇的一個(gè)子協(xié)議，用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息?？刂葡⑹侵妇W(wǎng)絡(luò)通不通、主機(jī)是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。日常你ping網(wǎng)絡(luò)通不通底層基礎(chǔ)就是ICMP。

ICMP提供一致易懂的出錯(cuò)報(bào)告信息。發(fā)送的出錯(cuò)報(bào)文返回到發(fā)送原數(shù)據(jù)的設(shè)備，發(fā)送設(shè)備隨后可根據(jù)ICMP報(bào)文確定發(fā)生錯(cuò)誤的類型，并確定如何才能更好地重發(fā)失敗的數(shù)據(jù)包。但是ICMP唯一的功能是報(bào)告問題而不是糾正錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤的任務(wù)由發(fā)送方完成。

ICMP

ICMP一般分為兩類：

查詢報(bào)文類型：用于診斷的查詢消息。

差錯(cuò)報(bào)文類型：通知出錯(cuò)原因的錯(cuò)誤消息。

IPv4中ICMP僅作為一個(gè)輔助作用支持IPv4。也就是說，在IPv4時(shí)期，即使沒有ICMP，仍然可以實(shí)現(xiàn)IP通信。然而，在IPv6中，ICMP的作用被擴(kuò)大，如果沒有ICMPv6，IPv6就無法進(jìn)行正常通信。

4.3IP層解析

4.3.1IP頭含義

其實(shí)經(jīng)過上面IP層跟鏈路層必備知識(shí)的講解，大家再看數(shù)據(jù)從TCP到IP層就簡單多了，這里我們以IPv4大致說下網(wǎng)絡(luò)層核心IP頭字段的含義。

IP頭部

 

版本號(hào)：4位version指定IP協(xié)議的版本。對(duì)IPv4來說，其值是4。其他IPv4協(xié)議的擴(kuò)展版本（如SIP協(xié)議和PIP協(xié)議），則具有不同的版本號(hào)（它們的頭部結(jié)構(gòu)也和圖2-1不同）。

頭部長度：4位headerlength標(biāo)識(shí)該IP頭部有多少個(gè)32bit字（4字節(jié)）。因?yàn)?位最大能表示15，所以IP頭部最長是60字節(jié)。

服務(wù)類型：8位TypeOfService，包括一個(gè)3位的優(yōu)先權(quán)字段（現(xiàn)在已經(jīng)被忽略），4位的TOS字段和1位保留字段（必須置0）。4位的TOS字段分別表示：最小延時(shí)，最大吞吐量，最高可靠性和最小費(fèi)用。其中最多有一個(gè)能置為1，應(yīng)用程序應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)置它。比如像ssh和telnet這樣的登錄程序需要的是最小延時(shí)的服務(wù)，而文件傳輸程序ftp則需要最大吞吐量的服務(wù)。

總長度：16位totallength是指整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度，以字節(jié)為單位，因此IP數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度為65535（2^16-1）字節(jié)。但由于MTU的限制，長度超過MTU的數(shù)據(jù)報(bào)都將被分片傳輸，所以實(shí)際傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)報(bào)（或分片）的長度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到最大值。接下來的3個(gè)字段則描述了如何實(shí)現(xiàn)分片。

標(biāo)識(shí)：16位identification唯一地標(biāo)識(shí)主機(jī)發(fā)送的每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。其初始值由系統(tǒng)隨機(jī)生成；每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，其值就加1。該值在數(shù)據(jù)報(bào)分片時(shí)被復(fù)制到每個(gè)分片中，因此同一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的所有分片都具有相同的標(biāo)識(shí)值。

標(biāo)志字段：3位的第一位保留。第二位（Don’tFragment，DF）表示禁止分片。如果設(shè)置了這個(gè)位，IP模塊將不對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片。在這種情況下，如果IP數(shù)據(jù)報(bào)長度超過MTU的話，IP模塊將丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)并返回一個(gè)ICMP差錯(cuò)報(bào)文。第三位（MoreFragment，MF）表示更多分片。除了數(shù)據(jù)報(bào)的最后一個(gè)分片外，其他分片都要把它置1。

分片偏移：13位fragmentationoffset是分片相對(duì)原始IP數(shù)據(jù)報(bào)開始處（僅指數(shù)據(jù)部分）的偏移。實(shí)際的偏移值是該值左移3位（乘8）后得到的。由于這個(gè)原因，除了最后一個(gè)IP分片外，每個(gè)IP分片的數(shù)據(jù)部分的長度必須是8的整數(shù)倍（這樣才能保證后面的IP分片擁有一個(gè)合適的偏移值）。

生存時(shí)間：8位TimeToLive是數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的地之前允許經(jīng)過的路由器跳數(shù)。TTL值被發(fā)送端設(shè)置（常見的值是64）。數(shù)據(jù)報(bào)在轉(zhuǎn)發(fā)過程中每經(jīng)過一個(gè)路由，該值就被路由器減1。當(dāng)TTL值減為0時(shí)，路由器將丟棄數(shù)據(jù)報(bào)，并向源端發(fā)送一個(gè)ICMP差錯(cuò)報(bào)文。TTL值可以防止數(shù)據(jù)報(bào)陷入路由循環(huán)。

協(xié)議：8位protocol用來區(qū)分上層協(xié)議，我們?cè)诘?章討論過。/etc/protocols文件定義了所有上層協(xié)議對(duì)應(yīng)的protocol字段的數(shù)值。其中，ICMP是1，TCP是6，UDP是17。/etc/protocols文件是RFC1700的一個(gè)子集。

頭部校驗(yàn)和：16位headerchecksum由發(fā)送端填充，接收端對(duì)其使用CRC算法以檢驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)頭部（注意，僅檢驗(yàn)頭部）在傳輸過程中是否損壞。

源端IP地址和目的端IP地址：32位用來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送端和接收端。一般情況下，這兩個(gè)地址在整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的傳遞過程中保持不變，而不論它中間經(jīng)過多少個(gè)中轉(zhuǎn)路由器。

選項(xiàng)字段：option是可變長的可選信息。這部分最多包含40字節(jié)，因?yàn)镮P頭部最長是60字節(jié)（其中還包含前面討論的20字節(jié)的固定部分）?？捎玫腎P選項(xiàng)包括

記錄路由：recordroute告訴數(shù)據(jù)報(bào)途經(jīng)的所有路由器都將自己的IP地址填入IP頭部的選項(xiàng)部分，這樣我們就可以跟蹤數(shù)據(jù)報(bào)的傳遞路徑。

時(shí)間戳：timestamp告訴每個(gè)路由器都將數(shù)據(jù)報(bào)被轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間（或時(shí)間與IP地址對(duì)）填入IP頭部的選項(xiàng)部分，這樣就可以測(cè)量途經(jīng)路由之間數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)臅r(shí)間。

松散源路由選擇：loosesourcerouting指定一個(gè)路由器IP地址列表，數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送過程中必須經(jīng)過其中所有的路由器。

嚴(yán)格源路由選擇：strictsourcerouting和松散源路由選擇類似，不過數(shù)據(jù)報(bào)只能經(jīng)過被指定的路由器。

4.3.2 IPv6

IPv4的地址是32位的，大約可以提供42億個(gè)地址，但是在2011年IPv4地址就已經(jīng)被分配完了。于是又提出了IPv6，IPv6的地址是128位，IPv6相比于IPv4能帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

IPv6地址長度是128位，每16位算一組，組跟組之間用:分割，如果出現(xiàn)連續(xù)的0時(shí)還可以將這些0省略，并用兩個(gè)冒號(hào)::隔開。但是一個(gè)IP地址中只允許出現(xiàn)一次兩個(gè)連續(xù)的冒號(hào)。

IPv6首部

 

版本：和IPv4一樣，由4比特構(gòu)成。IPv6其版本號(hào)為6，因此在這個(gè)字段上的值為6。

通信量類：相當(dāng)于IPv4的TOS（TypeOfService）字段，也由8比特構(gòu)成。有TOS在IPv4中幾乎沒有什么建樹，未能成為卓有成效的技術(shù)，本來計(jì)劃在IPv6中刪掉這個(gè)字段，不過出于今后研究的考慮還是保留了該字段。

流標(biāo)號(hào)：由20比特構(gòu)成，準(zhǔn)備用于服務(wù)質(zhì)量控制。

有效荷載長度：有效荷載長度是指包的數(shù)據(jù)部分。IPv4的TL(TotalLength)是指包含首部在內(nèi)的所有長度。然而IPv6中的這個(gè)PlayloadLength不包括首部，只表示數(shù)據(jù)部分的長度。

下一個(gè)首部：相當(dāng)于IPv4中的協(xié)議字段。由8比特構(gòu)成。通常表示IP的上一層協(xié)議是TCP或UDP。不過在有IPv6擴(kuò)展首部的情況下，該字段表示后面第一個(gè)擴(kuò)展首部的協(xié)議類。

跳數(shù)限制：由8比特構(gòu)成。與IPv4中的TTL意思相同。為了強(qiáng)調(diào)可通過路由器個(gè)數(shù)這個(gè)概念，才將名字改為HopLimit。數(shù)據(jù)每經(jīng)過一次路由器就減1，減到0則丟棄數(shù)據(jù)。

源地址：由128比特構(gòu)成，表示發(fā)送端IP地址。

目標(biāo)地址：由128比特構(gòu)成，表示接收端IP地址。

IPv6擴(kuò)展首部：IPv6的首部長度對(duì)固定，無法將可選項(xiàng)將入其中，可通過擴(kuò)展首部對(duì)功能進(jìn)行了有效擴(kuò)展。擴(kuò)展首部通常介于IPv6首部與TCP/UDP首部中間。在IPv4中可選項(xiàng)長度固定為40字節(jié)，IPv6的擴(kuò)展首部可以是任意長度。擴(kuò)展首部當(dāng)中還可以包含擴(kuò)展首部協(xié)議以及下一個(gè)擴(kuò)展首部字段。

IPv6改進(jìn)：

取消了首部校驗(yàn)字段：因?yàn)樵趥鬏攲痈溌穼佣加行ｒ?yàn)。

取消可選字段，IPv6首部固定40字節(jié)。

取消了分片跟重組；IPv4時(shí)數(shù)據(jù)按幀傳輸，中間會(huì)經(jīng)過拆分跟組合，而IPv6版本只允許在源主機(jī)跟目標(biāo)主機(jī)拆分重組，中間不允許了，對(duì)傳播速度進(jìn)行了提速。

按理來說IPv6那么牛應(yīng)該馬上投入使用替換IPv4，但是因?yàn)镮Pv4和IPv6不能相互兼容，所以不但要我們電腦、手機(jī)之類的設(shè)備支持，還需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，所以目前IPv6普及率比較慢。

5、鏈路層MAC

其實(shí)上面已經(jīng)講解到很多關(guān)于鏈路層的設(shè)備了，比如網(wǎng)卡、路由器等等。

MAC層

 

接收方的MAC地址：全球唯一，6字節(jié)。

發(fā)送方的MAC地址：全球唯一，6字節(jié)。

協(xié)議類型：2個(gè)字節(jié)，大部分的類型是IP數(shù)據(jù)包，然后IP里面包含TCP、UDP，以及HTTP等，類型0800=IP數(shù)據(jù)報(bào)，類型0806=ARP請(qǐng)求跟應(yīng)答。

真正的數(shù)據(jù)層：一般46~1500字節(jié)。

CRC校驗(yàn)：循環(huán)冗余檢測(cè)。通過XOR異或的算法，來計(jì)算整個(gè)包是否在發(fā)送的過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤。

這里重要說一遍，上圖中從上到下是以此包含的關(guān)系！

5.1鏈路層主要功能

5.1.1并發(fā)性解決

鏈路層主要解決的就是當(dāng)出現(xiàn)并發(fā)的時(shí)候，如何解決先后順序跟數(shù)據(jù)混亂問題。

分多個(gè)車道。每個(gè)車一個(gè)車道，這在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里叫作信道劃分。

今天單號(hào)出行，明天雙號(hào)出行，輪著來。這在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里叫作輪流協(xié)議。

不管三七二十一，有事兒先出門，發(fā)現(xiàn)特堵，就回去。錯(cuò)過高峰再出。我們叫作隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。著名的以太網(wǎng)用的就是這個(gè)方式。

5.1.2數(shù)據(jù)發(fā)送穩(wěn)健性

這個(gè)包是發(fā)給誰的？誰應(yīng)該接收？發(fā)送時(shí)出錯(cuò)咋辦？這里的解決辦法是用一個(gè)物理地址，叫作鏈路層地址，也常被稱作MAC地址。

MAC層簡圖

 

5.2鏈路層服務(wù)

數(shù)據(jù)鏈路層最基本的服務(wù)是將源計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)可靠的傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目標(biāo)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層，為達(dá)到這一目的，數(shù)據(jù)鏈路層必須具備一系列相應(yīng)的功能：

將數(shù)據(jù)封裝為frame幀，幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳送單位。

控制幀的傳輸，包括處理傳輸差錯(cuò)，調(diào)節(jié)發(fā)送速率與接收方相匹配。

在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。

上述這些功能具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

5.3封裝成幀

為向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層必須使用物理層提供的服務(wù)。而物理層是以比特流進(jìn)行傳輸?shù)?，這時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層為了能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的差錯(cuò)控制，就采用了一種幀的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸。在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀。接收端在收到物理層上交的比特流后，就能根據(jù)首部和尾部的標(biāo)記，從收到的比特流中識(shí)別幀的開始和結(jié)束。

幀首跟幀尾將數(shù)據(jù)封裝成幀

 

采用幀傳輸方式的好處是在發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤時(shí)，只需將有差錯(cuò)的幀再次傳送，而不需要將全部數(shù)據(jù)的比特流進(jìn)行重傳，這就在傳送效率上將大大提高。

幀同步需解決問題

如何識(shí)別幀的開始與結(jié)束，這需要特殊的幀首部跟幀尾部來分割。

重傳的數(shù)據(jù)幀識(shí)別，接收方在接收到重傳的數(shù)據(jù)幀時(shí)是識(shí)別成新的數(shù)據(jù)幀，還是識(shí)別成已傳幀的重傳幀呢？這就要靠數(shù)據(jù)鏈路層的各種幀同步技術(shù)來識(shí)別了。幀同步技術(shù)既可使接收方能從以上并不是完全有序的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出每一幀的開始和結(jié)束，同時(shí)還可識(shí)別重傳幀。

5.4透明傳輸

由于幀的開始和結(jié)束的標(biāo)記是使用專門指明的控制字符，因此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何8比特的組合一定不允許和用作幀定界的控制字符的比特編碼一樣，否則就會(huì)出現(xiàn)幀定界的錯(cuò)誤。

當(dāng)傳送的幀使用從鍵盤上輸入文本文件組成的幀時(shí)，其數(shù)據(jù)部分顯然不會(huì)出現(xiàn)像SOH或EOT這樣的幀定界控制字符?？梢姴还軓逆I盤上輸入什么字符都可以放在這樣的幀中傳輸過去，因此這樣的傳輸就是透明傳輸。

非透明傳輸

問題是如果你傳輸?shù)牟皇菑逆I盤輸入的，是二進(jìn)制代碼的計(jì)算機(jī)程序或圖像，如果是中間存在EOT則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。解決辦法就是在數(shù)據(jù)部分如果碰到了EOT或SOH就添加個(gè)ESC轉(zhuǎn)移字符。

填充ESC后幀

 

5.5差錯(cuò)檢測(cè)

底層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)候出現(xiàn)差錯(cuò)，主要分為兩大類：

比特差錯(cuò)：就是比特在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)，即1可能會(huì)變成0，0可能會(huì)變成1。

幀丟失、幀重復(fù)、幀失序：比如發(fā)送的是123，接收到了13、1223、132這樣的順序包。

數(shù)據(jù)傳輸過程中的衡量指標(biāo)就是誤碼率BitErrorRate：就是在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。

實(shí)際的通信鏈路并非理想的，它不可能使誤碼率下降到零。所以為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種檢測(cè)措施，目前在數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)的檢測(cè)技術(shù)。

6、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓适?/h2>

HTTP講解+TCP講解+本文IP講解+鏈路層講解=一個(gè)數(shù)據(jù)包的流浪日記，如果純技術(shù)性文章感覺太枯燥，接下來我們以一個(gè)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳钆e例，將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)下：

小S

 

你叫小S，跟很多小伙伴住在一個(gè)小區(qū)里，當(dāng)你想跟小伙伴玩耍的時(shí)候就喊一喊(集線器)，大家都聽到后，想玩的下來陪你玩。不想跟你玩的人感覺聽到噪音很煩躁，就讓李大爺在傳達(dá)室充當(dāng)交換機(jī)，你想跟院子里人玩的時(shí)候，跟交換機(jī)李大爺說下，李大爺會(huì)告知你要找的小伙伴信息。

找人通訊

后來你被限足了，不允許出小區(qū)大門。此時(shí)你想跟外界小C交流，你把信息發(fā)給李大爺，李大爺看到想跟外面通訊。就讓你按照外面統(tǒng)一通信的方式(TCP/IP)把信息寫好，你發(fā)現(xiàn)信封收件地址寫的小W收，這地址放到外面沒法派送??！你找小L問下真實(shí)地址，小L拿出了姓名-地址映射薄(DNS)查詢后告訴了你小C真實(shí)地址，然后李大爺叫來了專門負(fù)責(zé)這個(gè)小區(qū)快遞的快遞員(路由器)，這里需注意小區(qū)對(duì)外只暴露一個(gè)公共的地址(公網(wǎng)IP)，但是小區(qū)不能只有一個(gè)人??！小區(qū)里面被分成了N個(gè)房間(私網(wǎng)IP)，因?yàn)樾^(qū)里N個(gè)住戶可能會(huì)調(diào)換房間，所以每當(dāng)想對(duì)外通訊的時(shí)候，快遞員路由器會(huì)給你動(dòng)態(tài)的分配個(gè)內(nèi)網(wǎng)IP，并且快遞員牛逼之處在于即使兩個(gè)住戶用相同的方式(端口)把信息發(fā)出去快遞員也會(huì)自動(dòng)給你重新分配不一樣的端口，這叫NAT技術(shù)。

快遞員路由器把你的信息通過順豐/韻達(dá)(貓)方式把信息由數(shù)字信號(hào)變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1339339.html">脈沖信號(hào)再發(fā)出去，信息不是直達(dá)小C小區(qū)的哦！就跟你的深圳快遞發(fā)送到北京可能經(jīng)過多個(gè)中轉(zhuǎn)，雖然你的發(fā)件人收件人地址固定死了，但中間可能經(jīng)過各種路由各種中轉(zhuǎn)，這里其實(shí)就用到了ARP包跟根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)，提供路由功能是因?yàn)榭爝f員有個(gè)小本(路由表)記錄著下一站地址，反正最終信息會(huì)到達(dá)小C小區(qū)的傳達(dá)室，傳達(dá)室王大爺在鎮(zhèn)守，王大爺會(huì)按照相同的方法把信息最終發(fā)到小C手里。

派件快遞

 

你還有個(gè)朋友小A，他住的小區(qū)由孫大爺看門，因?yàn)樾的院子剛蓋好，孫大爺剛來不久，孫大爺沒有李大爺跟王大爺辦公室的電話，李大爺跟王大爺也沒有孫大爺?shù)牡碾娫挘@時(shí)會(huì)有兩種情況：

居委會(huì)趙大媽告訴了孫大爺關(guān)于李、王兩位大爺?shù)牡刂?，同時(shí)趙大媽也告訴了李、王關(guān)于孫的地址，這就叫靜態(tài)設(shè)定路由。

趙大媽病了，孫大爺自己到處發(fā)信息，見人就說自己是我是小A他們?cè)鹤庸苁瞻l(fā)信件的，結(jié)果被李、王二位大爺聽到了，就記在了他們的通訊錄(路由表)上，然后李、王就給孫大爺回了個(gè)信息說自己是那個(gè)院子負(fù)責(zé)收發(fā)信息的，這叫動(dòng)態(tài)設(shè)定路由。

有天小S要找小A，小S給李大爺說需求，孫大爺通過通訊錄(路由表)查詢到小A院子孫大爺管著呢，此時(shí)目標(biāo)是找孫大爺，不過有兩種途徑

李大爺直接去找孫大爺。

李大爺找王大爺，讓王大爺去找孫大爺。

李大爺選擇1還是2這叫做路由選擇。李大爺當(dāng)然選擇1了，因?yàn)樗裱钌俨襟E原則。

相互聯(lián)系

 

前幾天小S和小C吵架了，恰好這些天小S老是給小A打電話，小C心想小S是不是在說我人品不行啊，于是小C決定偷聽小S和小A的通話，但是他又不能出院子，怎么辦呢？小C做了這樣一個(gè)決定：首先小C告訴王大爺說“你給李大爺打電話說小A搬到咱們?cè)鹤恿?，以后凡是打給他的電話我來接”，王大爺迷迷糊糊就給李大爺打了電話，說：“現(xiàn)在我來管理小A，孫大爺不管了”，結(jié)果李大爺就把他的通訊錄改了，這叫做路由欺騙。

以后小S再找小A，李大爺就轉(zhuǎn)給王大爺了，王大爺收到了這個(gè)信息就轉(zhuǎn)給了小C，小C收到這個(gè)信息就假裝小A和小S通信。因?yàn)樾作賊心虛，害怕明天小S和小A見面后當(dāng)面問他，小C又自己以小S的名義給小A通了個(gè)復(fù)述了一遍剛才通訊信息，有這就叫數(shù)據(jù)竊聽。

再后來，小S還是不斷的和小A聯(lián)系，小C心里嘀咕“你小S不是不給我打電話嗎！那我讓你也給小A打不了！

小C聯(lián)系了一批狐朋狗友，和他們串通好，每天固定一個(gè)時(shí)間大家一起給小A院子傳達(dá)室發(fā)信息，只要傳達(dá)室的孫大爺開始接收，就會(huì)聽到“打雷啦，下雨收衣服?。?rdquo;、“人是人他媽生的，妖是妖他媽生的”、“你媽貴姓”等等，聽的腦袋都大了，不聽又不行，電話不停的響??！

終于有一天，孫大爺忍不住了，大喊一聲：“我受不了拉！?。。?rdquo;，于是上吊自殺了！

這就是最簡單的DDOS攻擊，孫大爺心理承受能力弱的現(xiàn)象叫做數(shù)據(jù)報(bào)處理模塊有BUG，孫大爺?shù)淖詺⒔凶?code>路由器癱瘓。

如果孫大爺身體健壯可以應(yīng)付這些垃圾信息，這叫健壯的數(shù)據(jù)報(bào)處理，能夠抵御任何攻擊。孫大爺癱了之后，小S終于不再給小A打電話了，因?yàn)闊o論他無論如何發(fā)信息，對(duì)方都是拒絕服務(wù)，所以小C的做法還有一個(gè)名字叫做拒絕服務(wù)攻擊。

新人小B入住

幾天后，小C的院子來了一個(gè)美麗的女孩，名字叫做小B，小C很喜歡她，可是小B有個(gè)很帥的男朋友，小C干瞪眼沒辦法。同時(shí)小B是不能出院子的。那個(gè)男的想追小B自然只能發(fā)信息，于是小C又蠢蠢欲動(dòng)了。小C了解到王大爺之所以能管理電話是因?yàn)樗幸粋€(gè)通訊錄，因?yàn)橥粋€(gè)院子可能有2個(gè)孩子都叫小C，靠名字無法區(qū)分，所以通訊錄上每一行只有兩項(xiàng)：

門牌（MAC）電話（IP）
一號(hào)門 1234567 （一號(hào)門里面是小C）
二號(hào)門 7654321 （二號(hào)門里面是小B）

每次發(fā)信息人家都要說出要找的電話號(hào)碼(IP)，然后通過通訊錄去院子里面敲門，比如人家說我找1234567，王大爺就去敲一號(hào)門收信息，如果是找7654321，那他就找二號(hào)門收信息。這里的電話號(hào)碼就是傳說中的IP地址。這里的門牌號(hào)就是傳說中的網(wǎng)卡的MAC地址，每一塊網(wǎng)卡的MAC地址都是不一樣的，這是網(wǎng)卡的制造商寫死在網(wǎng)卡的芯片中的。

小C為了泡妞打起了王大爺通訊錄的主意，小C趁王大爺去上廁所時(shí)，偷偷的摸進(jìn)傳達(dá)室，小心翼翼的改了王大爺?shù)耐ㄓ嶄洝＿^了幾天，小B的男朋友又給小B來了信息，對(duì)方報(bào)的是7654321，王大爺一看通訊錄：

門牌（MAC）電話（IP）
一號(hào)門 1234567 （一號(hào)門里面是小C）
一號(hào)門 7654321 （被修改成映射到一號(hào)門）

王大爺不知道改了啊，于是就去找一號(hào)門的小C了，小C以小B父親的口吻嚴(yán)厲的教訓(xùn)了那個(gè)男的和小B之間不正當(dāng)?shù)哪信P(guān)系，并責(zé)令小B男朋友立馬跟小B分手。這里小C的行為叫做ARP欺騙，因?yàn)樵趯?shí)際的網(wǎng)絡(luò)上是通過發(fā)送ARP數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)的，所以叫做ARP欺騙。

這里要注意，王大爺現(xiàn)在有兩個(gè)通訊錄了，一個(gè)是記錄每個(gè)院子傳達(dá)室電話的本本，叫做路由表，一個(gè)是現(xiàn)在說的記錄院子里面詳細(xì)信息的本本，叫做ARP表，王大爺為了保證安全可以把表藏起來，這就對(duì)應(yīng)程序加密解密。

王大爺?shù)膯T工手冊(cè)中有一條是這么寫的每個(gè)月要重新檢查一下門牌號(hào)和電話的對(duì)應(yīng)本，也就是ARP表，這個(gè)動(dòng)作叫做刷新ARP表，每個(gè)月的時(shí)間限制叫做刷新ARP表的周期。這樣小C為了讓那個(gè)男的永遠(yuǎn)不能找到小B，之后每個(gè)月都要偷偷改一次那個(gè)通訊錄，不過這樣也是不得不做的事啊！

補(bǔ)充一點(diǎn)，小C是很聰明的，如果通訊錄（ARP表）被改成了這樣：

門牌（MAC）電話（IP）
一號(hào)門 1234567 （這個(gè)是小C的）
二號(hào)門1234567（注意：這個(gè)被小C改了，但是他一時(shí)頭暈改錯(cuò)了）

計(jì)算機(jī)就會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框提示出現(xiàn)重復(fù)的IP地址，最終會(huì)導(dǎo)致王大爺不知所措，于是通知一號(hào)門和二號(hào)門，你們的電話重復(fù)了。這樣小B就知道有人在破壞她的好事，這個(gè)現(xiàn)象叫做騙局被揭穿了。

當(dāng)然小S為了防止自己通話被人竊聽，也可以對(duì)通話內(nèi)容進(jìn)行加密，這部分細(xì)節(jié)在HTTP中講到了。

 

5、參考

說網(wǎng)關(guān)：https://zhuanlan.zhihu.com/p/35200000

TCP/IP講解：https://developer.51cto.com/art/201906/597961.htm

小林網(wǎng)絡(luò)：https://t.1yb.co/fQG3