云计算！网络层协议与应用

一、IP数据包格式

1.IP数据包定义

TCP/IP协议定义了一个在因特网上传输的包，称为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。首部中的源地址和目的地址都是IP协议地址。

2.IP数据包格式

IP数据包格式指的是IP数据包内所涵盖的部分及各部分的搭配安排。包括了：版本、首部长度、优先级与服务类型、总长度、上层数据总长度、标识符、标志、段偏移量、TTL、协议号、首部校验和、源地址、目标地址、可选项、数据。
其中，版本指的是IP的版本号，包括IPV4以及IPV6。
首部长度指的是IP数据的包头长度，不带数据的长度。
优先级与服务类型是表示该数据包优先级和服务类型的，即数据包是否需要优先传送。
总长度是指整个IP数据包的总长度，包括包头和数据。
标识符指的是表示IP数据包的标识符。针对每一个分片
标志是标志字段，用来传递信息。
段偏移量是把分片信息根据原有顺序排列，保证传输的正确性。
TTL，即Time to live，是IP数据包的生命周期。每过一个路由器-1。例如TTL=53，则该数据可以传递53个路由器。
协议号是IP数据包的封装协议号。
首部校验和是校验数据包完整性的手段。
源地址为数据包来源地址。
目标地址是数据包目的地址。
可选项是可拓展项，用来在实际情况中拓展的。
数据

图示为IP报文结构。

二、ICMP协议（网络层协议）

1.ICMP协议功能

ICMP是一个错误侦测与回馈机制，通过IP数据包封装，来发送错误和控制消息。即验证网络是否通畅。
常用命令为ping。

图示为ICMP协议的功能。

2.ICMP协议封装

图示为ICMP协议的封装过程。

3.ICMP的消息类型和编码类型

图示为ICMP消息类型和编码类型的常用几种。主要可以分为以下几类：
0–回复包
8–请求包
3–不可达
5–重定向

4.ICMP协议的基本使用—ping

在网络中，ICMP协议的使用是靠各种命令实现的。今天主要介绍一下PING命令的一些常用情形。

（1）ping命令的基本格式

C:/ping[-t][-l字节数][-a][-i]IP_Address|target_name

其中，【】中的参数为可选参数。

（2）ping命令的返回信息

ping命令是我们检查网络连通性时最常用的命令，他的返回信息大概有以下四种。

连通的应答

ping 192.168.0.1

图示为以IP地址192.168.0.1为例，主机连通后的应答。

不能建立连接的应答

图示为IP地址无法连通的应答。

未知主机名的应答

这种找不到主机的情况，说明DNS无法进行解析。

连接超时的应答

说明在规定时间内没有收到返回的应答消息

（3）ping命令的常用参数

-t

在windows操作系统中，默认情况下发送4个ping包，如果使用-t，可以一直不停的发送下去。如果要取消，用Ctrl+C。

ping 192.168.0.1 -t

图示为-t命令。

-a

在windows系统上，-a可以返回对方主机的主机名。

ping 192.168.0.1 -a

图示为，用-a命令来返回对方主机名。

-l

正常情况下，ping包字节大小为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 192.168.0.1 -l 10000

图示为用-l命令来发送大数据包。

5.ARP协议

（1）ARP协议的定义

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

（2）ARP格式

图示为ARP格式。

（3）ARP协议的流程

举个例子，PC1向PC2传输,PC1会先查看自身（ARP）缓存没有PC2得MAC（记录）（类似MAC地址表），若有，直接传输。
若无，则PC1向交换机请求发送ARP请求消息（广播泛洪）
所有主机收到后，进行目的IP地址比较，不同，则丢弃。相同的话，则予以回应。回应为单播。
其他PC丢弃的同时，记录PC1的IP地址。

（4）ARP原理展示

需求分析

需要对等网的环境
需要PC1和PC2是第一次通信

实现步骤

1.使用`ipconfig/all`查看PC1和PC2的MAC地址。

2.用“arp-a”查看ARP缓存。
3.在PC1上pingPC2后，再用“arp-a”查看ARP缓存。

（5）ARP攻击原理

欺骗其他所有计算机
欺骗被攻击计算机

图示为攻击原理模拟。

（6）ARP欺骗原理

欺骗网关

图为欺骗网关的具体流程。

欺骗主机

图为ARP欺骗主机流程。

最后

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