网络层的协议介绍

文章目录

- IP数据包格式
- ICMP协议（Internet控制报文协议）
- ARP协议概述
- ARP攻击原理
- 本章总结

IP数据包格式

协议字段
在这里插入图片描述

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）
版本号（4bit）：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（4bit）：IP数据包的包头长度
优先级与服务类型（8bit）：该字段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，用于实现服务质量的要求
注：定义IP数据包是否优先传送
总长度（16）：定义IP数据包的总长度，最长为65535字节，包括包头和数据
注：IP头部、数据段、可能20字节，也有可能更多。总长度加上数据段长度最长65535字节
标识符（16字节）：该字段用于表示IP数据包和标识符。当IP对上层数据进行分片时，它将给所有的分片分配一组编号，然后将这些将这些编号放入标识符字段中，保证分片不会被错误重组。标识符字段用于标志一个数据包，以便接收节点可以重组被分片的数据包
标志（3字节）：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
段偏移量（13字节）：在一个分片序列中何如将个分片连接起来，按什么顺序连接起来
TTL生命周期（8字节）：可以防止一个数据包在网络中无限循环的传输下去，每经过一个路由器-1，当TTL的值为0时，该数据包将被丢弃
协议号（8字节）：封装的上层哪个协议，ICMP：1、TCP：6、UDP：17
首部校验和（16字节）：这个字段只校验数据包的首部，不包括数据部分，这是因为数据包每经过一次路由器，都要重新计算一次首部校验和（因为一些字段如生存时间、标志、片偏移等都可能变化）

ICMP协议（Internet控制报文协议）

ICMP是一个“错误侦测与回馈机制”
通过IP数据包封装的
用来发送错误和控制信息

ICMP协议的封装
ICMP协议属于网络层协议
ICMP数据的封装过程

ICMP协议层
功能
侦测或通知网络设备之间可能发生的情况。ICMP协议（Internet Control Message Protocol）的全称时“Internet 控制消息协议”，主要用于在IP网络中发送控制信息，提供可能发生在通信环境中各种问题的反馈。通过这些反馈信息，管理员就可以针对发生的问题做出判断，然后采用相应的方法解决。

ICMP报文有两种类型：差错报告报文和查询报文

ICMP协议的使用：Ping命令和traceroute/tracert（Windows使用）命令，在检查网络连通信时，Ping命令时使用最多的。

当我们Ping一台主机时，本地计算机发出的就是一个典型的ICMP数据包，用来测试两台主机是否顺利连通，Ping命令能够检测两台设备之间的双向连通信，即数据包能够到达对端，并可以返回。

扩展
Ping不同的几种情况

当主机有一个默认网关时，如果他Ping其他网段的地址，到不了的话，显示的是request timeout（此时他把ICMP包发给网关，至于后面的事就不管了，如果没有包回应，就显示request timeout）
当一个主机没有默认网关时或者配置了网关但是和网关不通时，如果他Ping其他的网段的地址，显示的是Destination host unreachable（此时他发送ARP请求包请求网关的Mac地址）
当一个路由器Ping他路由表中没有的Mac地址，显示的request timeout（此时不发任何包）
当路由器Ping一个路由表中存在的Mac地址，如果没有回应，则显示的也是request timeout（此时发送ARP请求包，请求目标IP的Mac地址）

Ping的作用：他的主要功能是用来检测网络的连通状况和分析网络速度。

Ping命令

Ping命令的基本格式为：C：>ping [-t] [-l 字节数][-a][-i]IP_Adress target _name
ping命令的返回信息

连通后的回答
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可能是因为没有正确的配置网关等参数

在规定的时间内没有收到返回的应答消息

Ping的命令参数
1.-t参数会一直不停的执行Ping

调试故障或需进行持续连通性测试时应用
Ctrl+C可以终止命令

2.-a参数可以显示主机名称
在这里插入图片描述

3.-l参数可以设定ping包的大小

单位为字节
可用于简单测试通信质量

Ping的命令

ARP协议概述

局域网中主机的通信

IP地址与Mac地址

什么是ARP协议

Address Resolution Protocol，地址解析协议
将一个已知的IP地址解析成Mac地址

ARP是地址解析协议（Address Resolution 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，源主机与日标主机是通过TP地址进行识别的,而所有的数据传输又依赖网卡威层硬件，即链路层，那么就需要将这些TP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i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组，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1P层及其以上的层次看来，他们只际说IP地址、从不跟硬件打交道

ARP协议是如何工作的
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ARP缓存表（ARP table），这个表包含I地址到AAc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IP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

注：ARP缓存表中是每个IP对应的Mac地址

工作原理（结合交换机原理）
两台局域网主机互相通信为例讲解原理
ARP解析过程

PC1发送数据给PC2，查看缓存没有PC2的MAC地址
PC1发送ARP请求消息（广播）
所有主机收到ARP请求消息（1.PC2回复ARP应答【单播】 2.其他主机丢弃）
PC1将PC2的Mac地址保存到缓存中，发送数据

工作原理

PC1想发送数据给PC2，会先检查自己的ARP缓存表
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请求消息中包括PC1及PC2的IP地址和Mac地址（此时广播Mac地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF）
交换机收到广播后做泛红处理，除PC1外所有主机收到ARP的请求消息，PC2以单播的方式发送ARP应答，并在自己的ARP表中缓存PC1的IP地址和Mac地址的对应关系，而其他主机则丢弃这个ARP请求消息
PC1在自己的ARP表中添加PC2的IP地址和Mac地址的对应关系，以单播的形式与PC2通信

Windows 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ARP缓存表
ARP -s IP MAC ——删除ARP静态绑定

Cisco系统中的ARP命令

查看ARP缓存表
Router#show arp
清除ARP缓存
Router#clear arp-cache
ARP绑定
Router（config）#arp ip-address mac-address arpa

如提示ARP项添加失败,解决方案：
用管理员模式:电脑左下角“开始“按钮右键,点击""windows Powershe1l (管理员)(A)"或者进入clwindows Nsystem32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”"Macw，这里19是idx号。//绑定
netsh -c “i i” delete neighbors[19，这里19是idx号。//解绑
147 netsh interface ipv4 set neighbors<接口序号>

华为系统中的ARP命令

[Huawei]dis mac- address ###查看mac地址信息
[ Huawei]arp static ###绑定ARP
[Huawei]undo arp static ###解绑定
< Huawei> reset arp all###清除mac地址表

ARP原理演示
需求分析

对等网的环境
PC1和PC2第一次通信

实现步骤
使用ipconfig/all查看PC1和PC2的Mac地址
用“arp-a”查看ARP缓存
在PC1上PingPC2后，再用“arp-a”查看ARP缓存表

ARP攻击原理

欺骗其他所有计算机
欺骗被攻击计算机
ARP欺骗网关

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ARP欺骗主机

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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地址导这无法正常通信。
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地址导放通信故障。
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123456T10(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自身达到监控或控制的目的。
利用ARP欺骗管理网络
通过长角牛网络监控机软件管理网络