IP编址和ping通原理

article/2025/9/22 2:33:29

OSI开放系统互联（ISO）

七层：

	应用层（application）表示层（presentation）会话层（session）传输层（transport）             单位：分段  segment  标识应用（port）可靠和不可靠传输TCP ：数据流量 ，通过牺牲延时来达到 体现：1. 面向连接   三次握手建立  四次握手终结  2. 确认（acknowledge） 分类一：显示确认：专门ack报文来做确认    隐式确认分类二：累加确认     非累加确认3.拥塞避免（congestion avoidence）：windows滑窗 ： 收包有限制，提前告知发送方，丢包会重传UDP：应用流量 语音流量 网络层（network）               单位：包 /报文 packet，标识设备位置，所在网络范围IPv4/v6   ARP icmp  DHCP  Mpls介于2层和5层    IGMP数据链路层（data link）      单位：桢frame 如何使用链路，封装物理层（physical）    单位：bitflow 比特流  光电信号

地址格式：IP地址=网络地址+主机地址或网络地址+子网地址+主机地址

TCP/IP参考模型：

应用层：应用层 表示层 会话层
传输层：tcp udp
网络层：IP arp DHCP icmp igmp
互联网接入层：数据链路层 物理层

IPv4编址：32bit 分为网络和主机

1、ip地址表现形式：1）二进制：全0到全12）十进制：点分十进制：0.0.0.0---255.255.255.255  四段   每段8bit3）十六进制：00 00 00 00 00 - FF FF FF FF
2、ipv4传播方式：1）单播 unicast ，sip ABC **dip ABC**   点对点效率最高  P2P单播地址需要进行地址检测（DAD）2）广播  broadcast  sip ABC **dip 广播地址**   p2all分类：全网广播;255.255.255.255 子网广播：1.255.255.2553）多播 multicast（组播）  sip ABC **dip  D**  ，所有接收者要加组转发数据  ，p2mp
3、ipv4地址分类有类 ：classfull，分类的依据是看第一个八位特殊地址：1、0.0.0.0：未分配地址，2、255.255.255.255 广播地址3、loopback 本地环回地址：127.0.0.0/8,  127.0.0.1-----localhost,自己设备，专供自己访问自己（不用经过整个协议栈），永远都不能出现在主机外部的网络中。ping 127.0.0.1来测试本地网络是否正常4、link-local ，链路本地址：169.254.0.0/16，dhcp获取不了地址，默认分配地址链路内部互访，访问其他链路需要使用公网地址PC 169.254.1.1-----------169.254.2.2常规地址A class  0xxxxxxx  1-126   network.host.host.host ------大型或超大型网络主机数量：2的24次方 ，可用主机数量是2^24-21.0.0.0----第一个地址，网络号不变照抄，主机位都是0 -----用途：网络号，标识这个网络1.1.1.1属于1.0.0.0这个网络1.255.255.255---最后一个地址，网络位不变，主机位都是1----用途：广播地址（子网广播） 凡是1.0.0.0这个网络里的所有主机，都必须接收dip 1.255.255.255的数据包 	         B class  10xxxxxx,128-191,network.network.host.host----中型网络主机数量：2的16次方C class 110xxxxx，192-223，network.network.network.host------小型网络主机数量：2的8次方** 以上都是公网单播 **D class    1110xxxx，224-239，network.group.group.group    每一个地址代表一个组224.1.1.1 D类地址，组地址，**以上是组播地址**案例引用：sip 1.1.1.1  dip 224.1.1.1-----组播地址sip 1.1.1.1  dip 192.168.1.1 -----单播流量sip 1.1.1.1  dip 255.255.255.255----广播流量

sip 1.1.1.1 dip 2.2.2.2
1.0.0.0 2.0.0.0 不在同一个网络中，默认不能互访。
分类二：

  • 公网：public
  • 私网：private :RFC 1918(IETF|ISO) 可复用
    作用：隔离、缓解ipv4地址耗尽

分类三：

  • 有类地址
    默认类别对应默认的网络范围
    A： /8 --------主类 major network 没有子网
  • 无类地址 classless inter-domain routing 无类域间路由

有类网络的问题：

  • 地址浪费 1.0.0.0
  • 效率低
  • 安全问题

子网subnet
1.0.0.0 ----主类网络 A类的主类网络

VLSM可变长子网掩码 =>CIDR 无类域间路由

子网掩码30位用于P2P（点对点）链路，还可以配31位
在以太网最少是30位，配31位会报错

supper>汇总>减少路由条目-----提高转发效率
计算：计算公共部分。同一个完整块的连续子网，可以汇总成一条
原则：1.精确 2.汇总条目数尽量少
172.16.12.0/24
172.16.13.0/24
172.16.14.0/24
172.16.15.0/24
最小块的大小为2的2次方=4
||
172.16.12.0/22

IPv4地址获取：

  • 静态获取（手工配置）
  • 动态获取（bootp/DHCP）
  • 借地址

地址划分

  • 1.1.1.130/25
    跨度：2的7次方
    列出所有子网：
    1.1.1.128-----网络号
    1.1.1.130
    1.1.1.255-----广播地址
    1.1.1.129-1.1.1.254

  • 1.77.148.99/11
    跨度：2的5次方
    所有子网：
    1.64.0.0-------网络号
    1.77.148.99
    1.95.255.255------广播地址
    可用地址：1.64.0.0-1.95.255.254

MAC：Media Access Control 媒介访问控制 作用：编址、寻址

  编址：绝对地址（全球唯一）：BIA(burn in address)48bit组成：OUI:24bit，orgnization unit identifiter  组织单位标识其他：24bit，用于分配给NIC（网络接口控制，网卡）只能在本链路用，不能穿越路由器。

如何判断mac地址是广播组播还是单播
OUI的第一个八位

  • IG:第七位 I：individual，唯一，单播-------0； G：group：代表组播或者广播====1 从0开始算的位
    广播:全F,只接收。
    组播：检查接受加入group的列表。
    If，加组
    Then 收
    Else 不收
  • LG：第六位 L：local administrative 本地管理； G：global 全球唯一
    把二层头部拆除，把数据递送给三层ARP进行操作。
    ARP进程读取ARP的数据
    免费ARP：

DAD：duplicate address detection 地址冲突检测

依靠免费ARP来实现
设备接口配置ipv4地址，up之后，发送免费ARP

   Ethernet 2 smac R1 dmac ffffffff广播Sender mac R1Sender ip 172.16.12.1Target mac  000000000000-------requestTarget ip 172.16.12.1

对方设备收到arp-request ，检查target IP是否与自己IP地址冲突

  if 不冲突Then 不回应Else 回应ARP reply  （冲突）----广播Sender mac R2Sender IP 172.16.12.1Target mac FFFFFFFFFFFFF(48bit)Target ip 172.16.12.1

地址冲突检测过程：互相发免费的ARP

ping is tool ， is a software ,use icmp echo-request packet to test link if it is reached.

ping 3.3.3.3 不发包

ping通原理： ping 172.116.12.2

  • 1、查路由表----判断能不能转发
    if 有路由
    Then 转发
    Else 不发
  • if 转发 ，进行封装
    7->1
    Icmp echo-request | sip 172.16.12.1 dip 172.16.12.2 | eth 2 smac R1 dmac ？===封装失败，需要知道Dip 172.16.12.1 display ARP-------三层；路由表中定义了源IP是出接口ip（默认）
  • 查询ARP的表项
    if arp 表项中有dip对应的dmac
    then 直接用于数据封装转发
    else 创建一个arp entry （条目）--------incomplete不完整
    发起ARP请求了流程 ARP request | smac R1 dmac FFFFFFFF广播 Sender IP 172.16.12.1 Sender mac R1
    Target IP 172.16.12.2
    Target mac 000000000000—request
    跟免费ARP request的区别？
  • 正常ARP，target ip 和 Sender ip不一样
  • 免费ARP，target IP和sender ip 一样

R2收到ARP request ，检查target ip是否是我入接口ip地址
if target ip 不是接口IP地址
Then 丢弃/忽略
Else 发起arp reply 流程
ARP reply | smac R2 dmac R1
Sender ip 172.16.12.2
Sender mac R2
Target ip 172.16.12.1
Target mac R1
R1收到arp reply ，把Sender mac 更新arp表象，替换incomplete状态-----这个状态是不会抓到包的，很快

实验

在这里插入图片描述
免费ARP的Sender IP address和Target IP address 一样
在这里插入图片描述
双方都会发一个免费的ARP
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
ping172.16.12.2时会发送ARP request R2回复reply 写入表象
R2再pingR1时就不会再发送ARP请求，直接发ICMP request
免费ARP用于地址冲突检测
会一直互相发免费的ARP
在这里插入图片描述

ping通原理的拓展：

PC访问www.baidu.com
0、DNS解析 Domain-name service 域名服务器

  • 树型结构：
    .com .cn .net ----> Baidu.com----->www.baidu.com----web搜索业务；Baike.baidu.com----百度百科
    对应ip地址
    cmd—>nslookup 可以查看域名，地址
    定位到域名，dns服务器会反馈域名所对应的ipv4地址

1、查路由表，180.34.1.170
默认是没有路由，配置默认网关:假设是172.16.12.2
0.0.0.0/0------->172.16.12.2

2、封装：
HTTP | tcp sport 随机高端口 ， dtop ：80 | 12.1 180.34.1.170 | smac R1 dmac ？
765 4 3

3、ARP表项（流量来自触发）
查询180.34.1.170的网关地址（下一跳：172.16.12.2）的mac

IF有，Then 直接填充转发
Arp request | smac R1 dmac 广播Sender ip 172.16.12.1Sender mac R1Target ip 172.16.12.2 ---------目的IP的下一跳地址Target mac 000000000000

R2收到ARP request ，检查target ip 是否是接口ip

IF不是，Then 忽略
Else 发起arp reply 流程 
Arp reply | smac R2 dmac R1Sender ip 172.16.12.2Sender mac R2Target ip 172.16.12.1 Target mac R1

R1收到以后，更新arp表项 180.34.1.170---- R2的mac

4、转发数据
HTTP | tcp sport 随机高端口 ， dtop ：80 | 12.1 180.34.1.170 | smac R1 dmac R2 | ===串行化
765 4 3 2层
DIP是真实的，目的mac是我的网关
三层不变，二层封装mac变化。
在这里插入图片描述

网络设备管理

Device Network management
分类
分类一

  • 本地管理 console （miniUSB）管理设备 使用设备自带console，使用设备自带的console线缆（全反线）去连接console ，波特率9600bps，连接的时候记得修改
    终端服务器（终端路由器）
    优势：权限比较大，用于设备初始化配置，设备升级
    劣势：必须有工程师在本地
  • 远程管理，设备接入网络，配置管理ip
    Telnet
    ssh
    优势：不需要到达本地进行
    缺点：依赖网络的互联

分类二：

  • 带内管理（inband）------中小企业或者SOHO家庭办公或者小型的
    管理流量和数据流量跑在同一个网络内
  • 带外管理（outboud）--------中大型企业网或者DC或者运营商网络
    管理流量和数据业务流量分开在不同的网络中
    管理网 会挂一个测试网
    管理网和生产网是脱离的，console是带外的，console端口和业务流量是独立的，但远程管理（telnet和ssh）可以是带外可以是带内。
    路由器里面除了console以外，再拿出一个以太口千兆（mgmt口）让它去接以太网，剩下的千兆和万兆接口接生产网
    可以直接拿U盘烤到flash里面，免去了传输的麻烦
    生产网

telnet管理

R1 telnet R2 （172.16.12.2）
现在DC 都是两地三中心 灾备
0、dns解析，如果是域名的话
1、查询路由表，172.16.12.2
2、封装：
Tcp sport 随机高端口 dport 23 | sip 12.1 dip 12.2 | smac R1 dmac ？
ip报文中：

 identification和flag ------- 分片fragment MTU ：maximum transport unit 最大传输单元：1500二层帧头后面的数据最大是1500字节分片再合并会导致数据传输速率低现在大型的数据中心（万兆十万兆接口）一般MTU是9000，就是9000字节一个IP包，会等到数据有9000了才会转发，所以会导致**延时**，语音的转发MTU可能会缩小。当不同设备接口上的MTU设备的参数不一致，会导致延时过高甚至丢包Path mtu discovery ，路径mtu发现

DF=1不允许分片，R2收到R1的ICMP报文会分片，但是DF=1,R2会通过ICMP的报文报错 ，R1收到后会再发ICMP MTU为1400 ,DF仍为1,
在这里插入图片描述

<R1>telnet 172.16.12.2
[R2]user-interface  vty 0 4[R2-ui-vty0-4]authentication-mode passwordPlease configure the login password (maximum length 16):123

认证：

  • 线下密码
  • 基于用户的认证
    AAA：
    Authentication ：认证----确定是否是合法用户
    认证强度取决于认证元素的多少，认证元素越多，认证越大
    Authorization ：授权-------区分不通合法客户的不同的权限
    路由器的授权：
    0、用户级 ==== 默认
    1、监控级====display
    2、配置级别 ----能sys ，不能dir 进文件系统
    3、管理级别 ------能sys 能dir
    Accounting: 审计-------保障：记录什么时候做了什么事；记录上线时间，下线时间；记录流量大小
## 配置aaa
[R2]user-interface vty 0 4
[R2-ui-vty0-4]authentication-mode aaa
[R2-aaa]local-user hw password cipher 123        ## 加密的密码
默认0级，变成一级
[R2-aaa]local-user hw privilege level 1     ##会发现telnet连接上后可执行的命令变多了    授权
[R2-aaa]local-user hw privilege level 2    ###配置级别的了<R1>telnet 172.16.12.2

local-user x1 password cipher 123   ##如果是simple 就是明文
local-user x1 privilege level 2       
local-user hw service-type ？##规定只服务于什么
undo local-user x1       ###删除用户x1

super password 用来配置低级别用户切换到高级别用户的认证密码

super password [level user-level] cipher
undo super password [level user-level]

R2本来设置的privilege level是1；
[R2]super password level 2 cipher 123456   ##设置一个二级的临时权限
<R1>telnet 172.16.12.2<R2>super 2Password: Now user privilege is level 2, and only those commands whose level isequal to or less than this level can be used.Privilege note: 0-VISIT, 1-MONITOR, 2-SYSTEM, 3-MANAGE<R2>super 1     ###可以不用密码降低权限Now user privilege is level 1, and only those commands whose level isequal to or less than this level can be used.Privilege note: 0-VISIT, 1-MONITOR, 2-SYSTEM, 3-MANAGE

在这里插入图片描述
telnet到R2后，能通过super提升权限。
降级不用输入密码

保存的配置做备份：

在R2上save会会保存在vrpcfg.zip文件中
要想修改，直接：save 文件名.cfg
dis startup 可以查看启动时调用的配置文件是哪个
startup saved-configuration flash:/文件名.cfg ----下次起来就会是你改的这个

FTP有两种：

  1. 路由器当FTP Server，PC当Client

[R2]int g0/0/1
ip add 192.168.24.2 24
ftp server enable enable
aaa
local-user ftp password cipher 123
local-user ftp service-type ftp ## 专用于ftp
local-user ftp privilege level 3 ###等级设为3
local-user ftp ftp-directory flash: ###家目录
dis this
Client端
本地地址 192.168.24.4 掩码24

在这里插入图片描述
加粗样式

  1. 路由器当Client，PC当FTP Server

frp 172.16.12.2
username : ftp
password : 123
ls
dir
get 230307.cfg ###从FTP上下载
q ###退出后可以看到R1的文件中包含230307.cfg文件了
dir
save r1.cfg ###把这个传到FTP上
ftp 172.168.12.2
[R1-ftp]put flash:/r1.cfg
dir ##展示文件传递的结果


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