目录

一、网络层的功能

二、IP数据包的格式

三、ICMP协议

1.ICMP协议的概念和作用

2.ping命令

2.1 ping 的格式

2.2 ping选项

 2.3 当我们ping不通时，及服务器出现问题，如何排错

2.4 信息传递时出现的问题类型和具体情况 

四、冲突域和广播域

1.冲突网

2.广播网

五、ARP协议--协助分装数据包

1.ARP协议概述和作用

2.ARP协议工作原理

2.1在同一局域网内的MAC寻址

2.2不同局域网内的MAC寻址

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一、网络层的功能

• 定义了基于IP协议的逻辑地址，就是ip地址

• 连接不同的媒介类型

• 在网络中选择最佳路径转发数据

二、IP数据包的格式

数据封装的时候在网络层会封装ip地址的头部，形成ip数据包 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： 你使用的ip协议版本 ，例如是ipv4还是 ipv6
• 首部长度：IP头部的长度 0000-1111（不包括数据）
• 优先级与服务器类型：区别数据包的优先处理级别
• 总长度：整个数据包的长度

----数据的分片及重组

• 标识符 ：确定数据的分片是否来自于同一个文件--一个文件占一个位置
• 标志 ：代表数据过小不需要分片；代表该组最后一个数据包
• 段偏移量：该数据片离起点的位置坐标

----数据的分片及重组

----mtu 最小数据单元 1500字节 分片/包

• TTL：生命周期 0-255，经过一个三层设备，就会减一；如果为0，设备会认为该包为无效的数据包就会丢弃。

1. 二层交换机 不减 TTL
2. 三层交换机  减   TTL

• 延伸:

1. TTL大于等于128 windows系统
2. TTL小于等于 64 linux系统

• 协议号：上层协议， icmp 测试协议（三层）：1 ，tcp：6， udp：17
• 首部校验和：只检测ip头部的完整性

• 源地址：源ip地址，表示发送端的IP地址

• 目标地址：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，可以输入创建该数据包的时间等。在可选项之后，就是上层数据

  注：根据实际情况可变长，例如创建时间等 上层数据

三、ICMP协议

1.ICMP协议的概念和作用

• Internet控制消息协议ICMP (Internet Control Message Protocol)是IP协议的辅助协议
• ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。
• icmp作用：检测网络的双向联通性

2.ping命令

Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP协议。 Ping常用于探测到达目的节点的网络可达性。

2.1 ping 的格式

ping   空格   IP地址   [选项]

-l   指定数据包的大小

2.2 ping选项

显示自己 IP地址   ipconfig
ping    --help     显示帮助命令
-t                       长ping
-l  size               发送缓冲区大小。
-w                      超时等待时间
-n                      指定ping 几次        

ping   -t      ip地址        长ping                      ctrl+c  停止

ping   -l      指定包的大小（1600 2000）      ip地址

ping   -w    指定等待时间（默认是秒：2 ）  ip 地址

ping   -n     指定的次数（5） ip 地址

tip：
ping通一定通
ping不通不一定网络不通

----可能问题出在icmp ，禁用了 icmp 协议

 2.3 当我们ping不通时，及服务器出现问题，如何排错

1. ping 自己 127.0.0.1 硬件

2. 看双方地址是否有问题

3. 看网关是否有问题

4. 防火墙策略是否有问题（ 配合 找网络工程师）

2.4 信息传递时出现的问题类型和具体情况 

四、冲突域和广播域

1.冲突网

冲突域是一个以太网术语，指的是这样一种网络情形，即网段上的一台设备发送分组时，该物理网段上的其他所有设备都必须债昕它。这很糟糕，因为如果同一个物理网段中的两台设备同时传输数据，将发生冲突(即两台设备的数字信号将在线路上相互干扰)，导致设备必须在以后重传数据。冲突对网络性能有严重的负面影响，因此绝对要避免冲突。前面描述的情形通常出现在集线器环境中，在这种环境中，所有主机都连接到一个集线器，它们组成一个冲突域和一个广播域。

总结：

冲突域：两台设备同时发送消息时，互相干扰，那他们就处于同一个冲突域

2.广播网

广播域的书面定义如下:广播域指的是网段中的一组设备，它们侦昕在该网段上发送的所有广播。广播域的边界通常为诸如交换机和路由器等物理介质，但广播域也可能是一个逻辑网段，其中每台主机都可通过数据链路层(硬件地址)广播访问其他所有主机。介绍广播域的基本概念后，下面来看看半双工以太网使用的一种冲突检测机制。

总结---广播域：

• 一台机器发送广播，能收到消息的机器都是在同一广播域，
•  交换机的所有端口默认在同一个广播域里，
• 路由器的 每一个端口都是一个独立的 广播域

五、ARP协议--协助分装数据包

1.ARP协议概述和作用

1.通过 ip地址 找到 mac地址 (将一个已知的ip地址转换成 mac地址)
2.检测地址是否冲突
在配置好ip地址的一瞬间，arp协议会发送一个广播， 检测此地址是否被使用
源地址: 192.168.1.1
目的地址: 192.168.1.1

2.ARP协议工作原理

ARP 协议工作时有一个大前提，那就是 ARP 表。

在一个局域网内，每个网络设备都自己维护了一个 ARP 表，ARP 表记录了某些其他网络设备的 IP 地址-MAC 地址映射关系，该映射关系以 <IP, MAC, TTL> 三元组的形式存储。

2.1在同一局域网内的MAC寻址

假设当前有如下场景：IP 地址为192.168.10.11的主机 A，想要给同一局域网内的 IP 地址为192.168.10.14主机 D，发送 IP 数据报文。

首先。我们要清楚的是：

当主机发送 IP 数据报文时（网络层），仅知道目的地的 IP 地址，并不清楚目的地的 MAC 地址，而 ARP 协议就是解决这一问题的。

为了达成这一目标，主机 A 将不得不通过 ARP 协议来获取主机 D 的 MAC 地址，并将 IP 报文封装成链路层帧，发送到下一跳上。在该局域网内，关于此将按照时间顺序，依次发生如下事件：

1、主机 A 检索自己的 ARP 表，发现 ARP 表中并无主机 D 的 IP 地址对应的映射条目，也就无从知道主机 D 的 MAC 地址。主机 A 将构造一个 ARP 查询分组，并将其广播到所在的局域网中。

• ARP 分组是一种特殊报文，ARP 分组有两类，一种是查询分组，另一种是响应分组，它们具有相同的格式，均包含了发送和接收的 IP 地址、发送和接收的 MAC 地址。当然了，查询分组中，发送的 IP 地址，即为主机 A 的 IP 地址，接收的 IP 地址即为主机D 的 IP 地址，发送的 MAC 地址也是主机 A 的 MAC 地址，但接收的 MAC 地址绝不会是主机 D的 MAC 地址（这是我们要查询的，因为A不知到D的MAC地址），而是一个特殊值——FF-FF-FF-FF-FF-FF(广播地址)。也就是说，查询分组将广播给该局域网内的所有设备。

2、主机 A 构造的查询分组将在该局域网内广播，理论上，每一个设备都会收到该分组，并检查查询分组的接收 IP 地址是否为自己的 IP 地址，如果是，说明查询分组已经到达了主机 D，否则，该查询分组对当前设备无效，丢弃之。

3、主机 D 收到了查询分组之后，验证是对自己的问询，接着构造一个 ARP 响应分组，该分组的目的地只有一个——主机 A，发送给主机 A。同时，主机D提取查询分组中的 IP 地址和 MAC 地址信息，在自己的 ARP 表中构造一条主机 A 的 IP-MAC 映射记录。

• ARP 响应分组具有和 ARP 查询分组相同的构造，不同的是，发送和接受的 IP 地址恰恰相反，发送的 MAC 地址为发送者本身，目标 MAC 地址为查询分组的发送者，也就是说，ARP 响应分组只有一个目的地，而非广播。

4、主机 A 终将收到主机 B 的响应分组，提取出该分组中的 IP 地址和 MAC 地址后，构造映射信息，加入到自己的 ARP 表中。

2.2不同局域网内的MAC寻址

更复杂的情况是，发送主机 A 和接收主机 B 不在同一个子网中。

假设一个一般场景，两台主机所在的子网由一台路由器联通。而且路由器的多个接口都各自维护一个 ARP 表，而非一个路由器只维护一个 ARP 表。

接下来，回顾同一子网内的 MAC 寻址，如果主机 A 发送一个广播问询分组，那么 A 所在子网内的所有设备（接口）都将不会捕获该分组，因为该分组的目的 IP 地址在另一个子网中，本子网内不会有设备成功接收。

那么，主机 A 应该发送怎样的查询分组呢？整个过程按照时间顺序发生的事件如下：

1、主机 A 查询 ARP 表，期望寻找到目标路由器的本子网接口的 MAC 地址。

• 目标路由器指的是，根据目的主机 B 的 IP 地址，分析出 B 所在的子网，能够把报文转发到 B 所在子网的那个路由器。

1.1主机 A 未能找到目标路由器的本子网接口的 MAC 地址，将采用 ARP 协议，问询到该 MAC 地址，由于目标接口与主机 A 在同一个子网内，该过程与同一局域网内的 MAC 寻址相同。

2、主机 A 获取到目标接口的 MAC 地址，先构造 IP 数据报，其中源 IP 是 A 的 IP 地址，目的 IP 地址是 B 的 IP 地址，再构造链路层帧，其中源 MAC 地址是 A 的 MAC 地址，目的 MAC 地址是本子网内与路由器连接的接口的 MAC 地址。主机 A 将把这个链路层帧，以单播的方式，发送给目标接口。

3、目标接口接收到了主机 A 发过来的链路层帧，解析，根据目的 IP 地址，查询转发表，将该 IP 数据报转发到与主机 B 所在子网相连的接口上。到此，该帧已经从主机 A 所在的子网，转移到了主机 B 所在的子网了。

4、路由器接口查询 ARP 表，期望寻找到主机 B 的 MAC 地址。
路由器接口如未能找到主机 B 的 MAC 地址，将采用 ARP 协议，广播问询，单播响应，获取到主机 B 的 MAC 地址。

5、路由器接口将对 IP 数据报重新封装成链路层帧，目标 MAC 地址为主机 B 的 MAC 地址，单播发送，直到目的地。