计算机网络 第三章

第四章 网络层

1.网络层提供的服务

• 负责在不同网络之间尽力转发数据包。
• 基于数据包的IP地址转发。
• 不负责丢失重传。
• 不负责发送顺序。

1.数据包在互联网（internet）网络层中的传送

数据包在网络层中传送考虑的问题：

• 源地址到目的地址的路径是否最优。

2.互联网络与虚拟互联网络

2.验证网络层功能

工具：Cisco Packet Tracer

• 子网掩码的作用：限定网络部分

  • 10.0.0.0 255.0.0.0–该局域网内的计算机的IP地址必须是10.x.x.x。网络部分为10
  • 10.0.0.0 255.255.0.0–该局域网内的计算机的IP地址必须是10.0.x.x。网络部分为10.0
    

• 相关命令：
  

  • 查看路由表：
    
  • 在路由表中添加IP
    

3.网络设备与OSI参考模型的关系

计算机通信的过程

1.ARP协议：用于解析目的主机MAC地址。即假设在同一网段下（局域网），源主机发送广播包询问目的主机的MAC地址，但源主机发送的广播包会先到交换机，交换机会向局域网内所有的计算机转发此广播包，目的主机收到广播包后，会将自己的MAC地址回馈给源主机。

2.传输数据前的准备工作：


发送端：

• 应用层：应用程序准备要传输的文件。
• 传输层：将文件分段，并编号。
• 网络层：给每个分段文件添加源IP地址和目的IP地址。
• 数据链路层：
  • 使用自己的子网掩码，判断自己在哪个网段。
  • 使用自己的子网掩码，判断目标地址在哪个网段。
  • 如果是同一个网段，ARP协议广播解析目标IP地址的MAC地址。
  • 如果不是同一网段，则根据网关（路由器的IP地址）交给路由器处理。 路由器通过PPP协议实现端到端的广域网连接，进而实现跨网段通信。
• 物理层：将数据帧转换为比特流，通过网线等介质传播。

3.发送数据的过程

• 集线器：信号增强、信号转发。–一级设备（物理层）
• 交换机：信号存储、信号转发。–二级设备（物理层和数据链路层）
• 路由器：信号转发。–三级设备（物理层、数据链路层和网络层）

4.网络层协议

1.ARP协议

1.ARP协议：将IP地址通过广播，目标MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，解析目标IP地址的MAC地址。ARP只能向本局域网内的计算机广播，且只是为了第一次获取目标IP地址的MAC地址而使用ARP广播，第一次获得的MAC地址将储存到计算机的缓存中供后续使用。

• 扫描本网段MAC地址命令arp -a

• 修改MAC地址命令arp -s 目标IP地址 新的目标MAC地址

• ARP欺骗：
  
  M4:源主机; M1:目的主机; M2:黑客主机

  M4使用ARP广播后，M1回复M4,自己的MAC地址。M4记录下M1的MAC地址。这时，M2回复M4，自己才是目的IP地址的MAC地址。M4则将M1的MAC地址修改为M2的MAC地址。 M2成功成为中间人，而M2就可以接收到M4给M1的所有数据包，并可以将源或修改过的数据包转发给M1。

  • 网络执法官：基于ARP欺骗，使两台计算机无法通信。–伪造MAC地址。

    同理，在M2成为中间人的时候，只是M2不是将自己的MAC地址回复给M4，而是将一个假的MAC地址，M9，告诉M4。M4在发数据包的时候，交换机查找自己的MAC地址缓存表发现没有M9，则将此数据包丢弃，达到源主机与目的主机无法通信的效果。

  • P2P欺骗：基于ARP欺骗，限制本网段计算机上网流量。–伪造网关地址。

    同理，在M2成为中间人的时候，告诉源主机自己才是网关IP地址的MAC地址。本网段内所有上网的计算机都会将数据包先发给M2，M2再转发给真正的路由器。这时M2则可以制定规则，规定自己与各个计算机之间的带宽，从而达到限制流量的功能。

  2.ARP欺骗的防范措施：

  • 使用静态绑定，将下列脚本设为开机启动脚本。
    
  • 使用ARP防火墙。

2.网际控制报文协议ICMP

• ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
• ICMP不是高层协议，而是IP层的协议。
• ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。

1.ping 命令

ping -?查看具体ping的子命令

ping 10.0.0.7：ping 一次

ping 10.0.0.7 -t：一直ping

ping 10.0.0.7 -l 200：指定ping的数据包大小为200字节

ping 8.8.8.8 -i 2更改数据包TTL时间，能够跟踪数据包途经的路由器。2表示数据包途经的第2个路由器。

• time：延时时间。

• TTL：生存周期，

  • Linux系统的每个数据包默认为64个生存周期，即最多可以跳转64个路由器，每跳转1下，就减1。当减为0的时候，则将数据包丢弃，从而防止数据包在网络中循环造成堵塞。
    

  • 通过TTL查看系统：

    ​ Linux：64

    ​ Windows：128

    ​ Unix：255

2.pathping：跟踪数据包路径(路径指经过的路由器)、计算丢包情况。

3.Windows上跟踪数据包路径的命令：

tracert 10.0.0.7

4.在路由器上跟踪数据包路径的命令：

traceroute 10.0.0.7

3.Internet组播管理协议IGMP

• IGMP作用：配置在路由器接口上，周期性扫描本网段内哪些计算机绑定了多播地址。只要还有一个计算机绑定，本路由器就会告诉上一个路由器继续发送多播数据包，当局域网内再没有计算机绑定多播地址时，本路由器就会告诉上一个路由器不用再传输多播数据包了。

1.点到点

2.广播（例如控屏软件）

3.组播=多播

• 局域网（例如1台流媒体服务器上拥有语文老师和数学老师的视频）
  
• 广域网
  

5.IP数据包结构

1.IP数据包

一个IP数据包由首部和数据两部分组成。

• 首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。

• 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。
  
  

• 版本：用来表示TCP/IP协议的版本–v4、v6。

• 首部长度：固定长度+可变长度。

• 区分服务：即数据包传输的优先级，数据包使用Qos来实现通过路由器时区分不同的流量进行排队。

• 总长度：数据包的长度，最大为 2¹⁶ -1=65535字节。

• 标识：用来标记分片后的数据包，以确保这些数据包能组装成一个完整的数据包。

• 标志：用来标记数据包是已分片的数据包，还是完整的数据包。
  

• 片偏移：用来标记当前数据包的分片序号。（即当前是第几片。）
  

• 生存时间：TTL的单位是跳数，指数据包在网络中经过的路由器数量，每经过一个路由器，则TTL-1，最大值为255.

• 协议：确定数据部分使用的协议，具体如下

  协议名	ICMP	IGMP	TCP	UDP	IPv6	OSPF
  协议号	1	2	8	17	41	89

• 首部校验和：只校验数据包的首部，不校验数据部分。若校验出差错，则数据包立即被丢弃。

  校验过程：
  
  1.数据分片：

网络层：数据包，最大为65535字节，当数据包数据部分大于1480字节时，数据部分将分片，确保传输给数据链路层时的首部（20字节）+数据部分总大小不超过1500字节。

数据链路层：数据帧，最大为1500字节，最大传输单元MTU

2.使用抓包工具排除网络故障–网速慢

• 原因：
  • 路由器到internet的问题
  • 内网堵塞的问题
• 处理：使用抓包工具，可以抓到三种数据包（广播包、多播包、给自己的数据包）

2.IP协议

1.路径–路由表：

• 静态路由表：由网络管理员设置的源IP地址到目的IP地址所经过的路由器的路径。
• 动态路由表：源IP地址到目的IP地址所经过的路由器根据RIP协议自动选择的路径。

2.网络畅通的条件：

​ 数据包有去有回！！！

• 网络不通需查询两个点：
  • 源主机、目的主机是否配置网关。（不配置网关的计算机无法将数据包发送到其它网段）
  • 路径上的路由器的路由表是否配置完好。（各路由器是否有到目的网段的路由表）

3.静态路由

1.路由器配置命令

• 路由器1–广域网口
  
• 路由器2
  
  2.路由表添加命令：

ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 172.16.2.2

ip route 当前路由器ip 当前路由器子网掩码 下一跳路由器ip

3.数据包沿途经过的路由器查看命令：

tracert 192.168.1.2

tracert 目的ip地址

4.静态路由的缺点：

• 只适合于小规模的网络。
• 不能够自动调整路由。

4.动态路由

1.RIP工作特性：周期性（30秒一次）广播路由表。

• Rip协议：最优路径选择协议

2.动态路由的特点：

• 30秒更新一次路由信息。
• 最大跳数，15跳。（即最多能经过15个路由器）

3.路由表添加命令：

5.最优路径选择协议

• Rip协议：根据路由器选择，即选择经过的路由器数量最少的路径。
• Ospf协议：根据带宽选择，即选择路径中路由器总带宽最高、开销最少的路径。

来源：CSDN

作者：蓝焰鱼

链接：https://blog.csdn.net/weixin_43488742/article/details/104063905