网络层协议

目录

一、网络层功能

二、IP数据包格式

三、ICMP协议

（一）ICMP协议的简介

（二）ICMP的用途

1.错误通知

2.诊断和测试工具

3.路径MTU发现

4.路由器通告和请求

四、ARP协议

（一）什么是ARP协议

（二）ARP协议的工作原理

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一、网络层功能

（一）定义了基于IP协议的逻辑地址

（二）连接不同的媒介类型

（三）在网络中选择最佳路径

二、IP数据包格式

版本字段（占4位）：你使用的IP协议版本 ?ipv4 和 ipv6 ??4段

首部长度（4）：IP头部长度 ?范围0000 - 1111 ???0 - 15

优先级与服务类型（8）

①优先级：当数据包来的时候，区别数据包的优先处理级别

②优先级一样：先看IP地址、再看MAC地址

总长度（16）：整个数据包的长度

标志、标识符、段位偏移量：数据的分片及重组

标识符（16）：0 - 65535 ?确定数据的分片是否来自于同一个文件

标志（3）：代表数据过小，不需要分片；代表该组最后一个数据包

段位偏移量（13）：该数据片离起点的数值坐标，重组数据

TTL（8）：默认为255 每经过一个网络层设备就会-1 如果转255圈，则为0，设备就会认为该包为无效包，就会丢弃。

协议号（8）：上册协议号 1.icmp 测试协议（三层协议） ?6 tcp ?17udp

首部校验和（16）：只校验IP头部的完整性

源地址（32）：发送方的MAC地址

目标地址（32）：接收方的MAC地址、

可选项：可有可无的一些选项

数据：需要发送的真实数据

三、ICMP协议

（一）ICMP协议的简介

ICMP（Internet Control Message Protocol）是互联网控制报文协议，它是TCP/IP协议族中的一个子协议，主要负责网络层的错误报告和状态查询。当IP数据包在网络中传输时遇到问题，如目标不可达、超时或者路由器无法转发等，ICMP就会被用来传递这些信息。

（二）ICMP的用途

ICMP主要有以下几个用途

1.错误通知

当数据包无法到达目的地时，源主机或路由器会使用ICMP差错报文来通知发送方。这些报文包括：目标不可达、时间超过、参数问题）等。

2.诊断和测试工具

ICMP用于实现各种网络诊断工具，最著名的是ping和traceroute。ping通过发送ICMP回显请求并接收回显应答来测试网络连通性。

traceroute则利用TTL值和ICMP重定向消息来追踪数据包从源到目的所经过的路由节点。

① ping工具
Ping命令是一种常用的网络诊断工具，用于测试网络连接性和响应时间。它发送一个ICMP数据包，并在目标主机收到数据包后返回一个响应，以确定目标主机是否可达，以及响应时间。

Ping常用的参数包括：

ping - help：查看帮助，在这里可以查看到ping的使用方法

3.路径MTU发现

为了适应不同链路的MTU（最大传输单元），ICMP可以提供路径MTU发现功能。

当数据包大于沿途某条链路的MTU时，路由器会发送ICMP分片需要报文告知发送方降低数据包大小。

4.路由器通告和请求

在IPv6环境中，ICMPv6提供了路由器通告和路由器请求功能，帮助主机自动配置网络参数。

需要注意的是，虽然ICMP本身并不传输用户数据，但它对于网络的正确运行至关重要。由于它承载着重要的网络诊断和管理信息，所以许多防火墙和安全策略都会特别处理ICMP流量，以防止可能的安全威胁或滥用。

四、ARP协议

（一）什么是ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议是TCP/IP协议族中的一个关键协议，它的主要功能是在局域网中将IP地址转换为物理地址（MAC地址）。在以太网等网络环境中，数据包的传输依赖于目标设备的物理地址。因此，当一台主机需要发送数据到另一台主机时，它首先需要知道目标主机的物理地址。

（二）ARP协议的工作原理

1.当PC1想要与PC2通信时，如果PC1不知道PC2的物理地址，它会广播一个ARP请求帧，请求具有特定IP地址（即PC2的IP地址）的设备提供其MAC地址。

2.网络上的所有设备都会接收到这个请求，但只有拥有对应IP地址的设备（PC2）才会回应一个包含其MAC地址的ARP响应帧。

3.PC1收到响应后，就可以使用PC2的MAC地址进行数据传输了，并且会将PC2的IP-MAC对应关系缓存在自己的ARP表中，以便后续通信时直接查找。