IP数据包格式与ARP转发原理

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我是靠谱客的博主健康草丛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍IP数据包格式与ARP转发原理，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

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

IP数据包格式

版本字段：版本（Version）：该字段包含的是IP的版本号，4bit。目前的IP的版本为4（即IPv4）.

首部长度（Header Length）：该字段用于的表示IP数据包头长度，4bit。IP数据包头最短为20字节，但是其长度是可变的，具体长度取决于可选项字段的长度。

优先级与服务类型（Priority ， Type of Service）：该字段用于表示数据包的优先级和服务类型，8bit。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。

总长度（Total Length）：该字段用以指示整个IP数据包的长度，16bit。最长的为65535字节，包括包头和上层数据。

标识符（Identification）：该字段用以表示IP数据包的标识符，16bit。当IP对上层数据同一个数据进行分片，分配同一组编号，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。
标志（Flags）：标准字段，3bit。对当前的包不能进行分片，或当一个包被分片后，最后一个分片是否已发出。
段偏移量（Fragment Offset）：该字段用于表示段偏移量，13bit。包含的信息是指在一个分片序列中如何将各分片重新连接起来。
TTL(Time to live):用于表示IP数据包的生命周期，8bit。一个数据包每经过一个路由器，TTL将减去1.当值为0时，该数据包将被丢弃。可以防止数据包在网络中无线循环，造成网络拥堵。
协议号（Protocol）：协议字段，8bit。用以指示带IP数据包中封装的是哪一种协议，是TCP还是UDP，TCP的协议号是6，UDP的是17.
首部校验和（Header Checksum）：该字段用于表示校验和，16bit。用来校验数据有没有被改动过。
源IP地址（Source IP Address）：该字段表示数据包的源地址，32bit。
目标IP地址（Destination IPAddress）：该字段用于表示数据包的目的地址，32bit。
可选项（Options）：可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。可选项后就是上层数据。

ICMP协议（网际控制报文协议）：用于检测网络是否通畅

ICMP是一个“错误侦测与回馈机制”

通过IP数据包封装的
用来发出错误控制的信息：

有时候会出ping不到目标地址，目标不可达

如果是有去无回，会提示timeout

ICMP协议属于网络层协议

ICMP数据的封装过程

前面两层都在网络层进行的，ICMP数据加上ICMP头部组成ICMP报文

加上IP头部之后才会下到数据链路层

window系统中ping命令常用选项：

-t 参数会一直不停的执行ping

-a 参数可以显示主机名称

-i 参数可以设定ping包的大小在linux系统下为：-s

-n 指定发送包的个数 -c

-S 指定源IP去ping -I

跟踪路由路径命令：

WIN： tracert IP/域名

LINUX:traceroute IP/域名

广播与广播域

广播：将广播地址做为目的地址的数据帧

广播域：网络中能接收到同一个广播的所有节点的集合

广播地址为FF-FF-FF - FF-FF-FF

ARP协议：地址解析协议：用于在同一局域网下根据IP地址获取MAC地址

ARP工作原理:

请看上图

1.PC1想发送数据给PC2，会先检查自己的ARP缓存表。

2.如果发现要查找的MAC地址不在表中，就会发送一个ARP请求广播，用于发现目的地的MAC地址。ARP请求中包含PC1的MAC地址和IP地址，以及PC2的IP地址和目的MAC地址（此时为广播MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF）。

3.交换机收到数据包后先进行学习，将PC1的MAC地址和对应接口口记在MAC地址表中，之后查找MAC地址表没有PC2的地址，广播做泛洪处理，除PC1外所有主机收到ARP 请求消息，所有主机会对照自己的IP地址，PC2对应上即进行单播方式回应，并将PC1的IP地址和MAC地址记录在自己的ARP表内，其他主机则丢弃消息。

4.PC2回应的数据包，源IP与源MAC地址为自己的，目的IP与目的MAC地址为PC1的，经过交换机，交换机进行学习，将PC2的MAC地址与对应接口记录在MAC地址表中，再查询MAC地址表，目的MAC地址为PC1，发送给PC1，PC1收到数据，里面有PC2的MAC地址，记录到自己的ARP缓存表中，这时两台主机的ARP缓存表中都已经有对方的MAC地址与IP地址，两台主机已经可以实现单播通信。

windows系统中ARP命令：

arp -a 查看ARP缓存表

arp -d【IP】清除ARP缓存表

arp -s IP MAC ARP静态绑定

动态学习的ARP老化时间是120s，静态绑定的ARP条目则会在关机或重启后消失。

华为系统中的ARP命令

【Huawei】dis mac-address 查看MAC地址信息

【Huawei】arp static <IP > <MAC> 绑定ARP

【Huawei】undo arp static <IP> <MAC> 解绑定

<Huawei>reset arp all 清除MAC地址