网络层协议介绍
目录
前言
了解数据包的格式
了解ICMP协议
了解ARP协议
一、IP数据包
1.1、网络层的功能:
定义了基于IP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
1.2、IP数据包的格式
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(4) | 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数据报的报头长度 |
区分服务(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 *注:定义IP数据包是否优先先发送 |
总长度(16) | 定义IP数据包的总长度,最长为65535字节,包过包头和数据 *注:IP头部 数据段 可能20字节,也有可能总长度加上数据长度,最长为65535字节 |
标识符(16) | 该字段用于表示IP数据包的标识符。当IP对上上层数据进行分片时,它将给多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的重组。标识符字段用于标识一个数据包,以便接收节点可以重组被分片的数据包 |
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 |
片偏移(13) | 在一个分片序列中如何将各个分片连接起来,按什么顺序连接起来 |
生存时间ttl(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-1,当TTL的值为0时,该数据包被丢弃 |
协议(8) | 封装的哪个协议:ICMP:1 TCP:6 UDP:17 |
首部校验和(16) | 这个字段只校验数据包的首,不包括数据部分。这是因为数据包每经过一次路由器,都要重新计算一下首部校验和(因为一些字段如生存时间,标志,片偏移会发生变化) |
源地址(32) | 源IP地址,表示发送端的IP地址 |
目的地址(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:可以输入创建数据报的时间等,在可选项之后就是上层数据 *注:根据实际情况可变长 |
数据 | 表示传输层的数据,如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据。数据部分的长度不固定。 |
二、ICMP协议(Internet控制报文协议)
2.1、概念
ICMP属于网络层协议
ICMP是一个“错误侦测与回馈机制”
通过IP数据包的封装
用来发送错误的控制信息
2.2、ICMP协议的封装
ICMP数据的封装过程
2.3、ICMP功能
作为网络管理员,必须知道网络设备间的连接状况,因此就需要一些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的作用。ICMP协议的全称是“Internet控制报文协议”,主要用于在IP网络中发送消息,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,然后采取措施去解决。
ICMP报文两种类型:差错报文和查询报文
2.4、ping命令
在ICMP中--ping、traceroute/tracert命令使用的多
其中ping命令在检查网络联通性时用的最多
ping命令用法
-t | 默认情况下发送4个ping包,如果在ping后加上-t,系统将会一直ping下去 |
-a | 显示主机名 |
-l | 一般情况下,ping包的大小为32,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成功:
ping失败
三、ARP协议(地址解析协议)
3.1、APR概述
局域网中主机的通信(IP地址与MAC地址)
ARP协议就是地址解析协议(Assress Reaolution Protocol)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
3.2、ARP格式
3.3、ARP如何进行工作的
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,如我们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TP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地址信息,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,我们一般使用默认即可。
3.3、工作原理(结合交换机)
有两台主机pcA和pcB
(1)pcA想发送数据给pcB,那么pc1首先在本地arp地址表中查询pcB的MAC地址
(2)如果pcA缓存中没有找到相应的条目,它将询问主机pcB的地址,从而将ARP请求帧广播到本地网络中的其他主机。该帧包括源主机pc1的IP地址、MAC地址,本地网络中的所有主机都接收到ARP请求,并检查帧中的ip地址是否与主机匹配,匹配返回应答,不匹配就丢弃ARP请求。
(3)主机pcB确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址进行匹配,则将主机pc1的地址和MAC地址添加到本地缓存
(4)主机pcB将包含MAC地址的app回复消息直接发送回主机pcA(单播)
(5)主机pcA收到pcB发挥的回复消息,将pc2的IP和MAC地址添加到自己缓存表中,本机缓存是有生存期的,默认ARP缓存有效期120s。当超过该有效期就要重复上述内容。主机pcB的MAC地址一旦被确认,主机pcA就能向主机pcB发送信息。
3.4、ARP命令
windows当中如何查看arp缓存表(静态arp和动态arp)
arp -a ###查看arp缓存表
arp -d [ IP] ###删除除arp缓存表
arp -s IP MAC ###册除arp静态绑定
如提示ARP项添加失败,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 PowerShell(管理员) (A)"或者进入c盘windows \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><IP> <MAC>
3.5、ARP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NAc地址设置成此虚假MAC地址导致无法正常通信。
例如:如果希望被攻击主机无法访问互联网,就需要对网关发送或被攻击主机发送虚假的ARP应答。当网关接收到虚假的ARP应答更新ARP条目后,如果网关再发生数据给Pc1时,就会发送到虚假的Mac地址导致通信故障。
此处可以举例说明,例如张三要给李四打电话,他首先要知道李四的电话号码,这时有人告诉他李四的电话号码是12345678(不存在的号码),于是张三就把电话打到12345678,这样就无法找到李四了。
ARP欺骗的原理和ARP攻击基本相同,但是效果不一样。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白身达到监控或控制的目的。
总结:
知道了IP数据包的格式和作用
知道了在网络层中是通过ICMP中的ping命令测试网络是否联通,还有如何使用ping命令
知道了arp概念以及是如何将ip解析成mac并对数据帧进行转发的
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