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一、仅凭IP无法完成通信
1）web网站的地址和电子邮件地址等都是由应用层提供的，不会使用由十进制数组成的某个IP地址；
2）在以太网（数据链路层）的情况下，只使用MAC地址传输数据包
二、DNS
DNS可以将字符串（一串用罗马字和点号组成的字符串）自动转换为具体的IP地址。
1.IP地址不便记忆：最早的DNS方式——hosts的数据库文件
1）由于IP地址由一串数据序列组成，并不好记，所以提出了个主机识别码。
主机识别码：指的是，为每台计算机赋以唯一的主机名，可以直接使用主机名来进行网络通信。
2）系统利用hosts的数据库文件，自动将主机名转换为具体的IP地址
缺点是：
2.DNS的产生
1）DNS系统：有效管理主机名和IP地址之间对应关系的系统；
作用：可以维护一个用来表示组织内部主机名和IP地址之间对应关系的数据库。
2）在应用中，当用户输入主机名（域名）时，DNS会自动检索那个注册了主机名和IP地址的数据库，并迅速定位对应的IP地址。
若主机名和IP地址需要进行变更时，也只需在组织机构内部进行处理即可；
就算到现在，当人们访问任何一个Web站点时，都能够直接输入主机名进行访问，这也归公于DNS。
3.域名的构成
1）域名指的是：为了识别主机名称和组织机构名称的一种具有分层的名称。
域名由几个英文字母（or英文字符序列），并用点号连接构成。
eg：
说明：
eg：
2）单个主机名无法管理IP地址，因为在不同的组织机构中不允许有同名的主机。
当出现了带有层次的域名之后，每个组织机构就可以自由地为主机命名了。
3）DNS的分层，叫做树形结构。
说明：
a）顶点是数的根（Root），底下是这棵树的各层枝叶；
顶点的下一层叫做：第一层域名，eg：jp日本，uk英国等代表国家的域名，edu美国教育机构，com美国企业
b）jp往下第二层域名不仅包括ac、co等不同组织机构的属性域名，还包括tokyo等表示地域的通用域名。
eg：如下图所示
c）甚至在使用属性（组织类型）域名或地域域名的情况下，还可以有第3层域名。
4）域名服务器
域名服务器是指：管理域名的主机和相应的软件，其所管理的分层叫做ZONE，每层都设有一个域名服务器。
eg：域名服务器
说明：
a）根域名服务器中，注册了管理的域名服务器的IP地址。若要新增一个类似jp或org的域名或者修改某个已有域名，就得在根域名服务器中进行追加或变更。
b）
c）为了提高域名服务器的容灾能力，一般会设置至少两个以上的域名服务器。
所有的域名服务器都必须注册根域名服务器的IP地址，因为DNS根据IP地址进行检索时，需要从根域名服务器开始按顺序进行。
5）解析器Resolver
DNS解析器：进行DNS查询的主机和软件；
用户所使用的工作站或个人电脑都属于解析器。
4.DNS查询的过程
eg：图中kusa.co.jp域中的计算机想要访问网站www.ietf.org.
说明：
在上面的第四步，查询的补充：查询的话，会从这棵树按照顺序进行遍历，直到找到指定的域名服务器，并由这个域名服务器返回想要的数据。
5.DNS如同互联网中的分布式数据库
DNS：是一种通过主机名来检索IP地址的系统，它管理的不仅仅是主机名与IP地址的映射关系，还要管理众多其它信息。
eg：DNS的主要记录
重点关注：A记录，PTR记录，NS记录
三、ARP：Address Resolution Protole
1.ARP概要
1）确定了IP地址，就可以向目标地址发送IP数据报，但是在底层链路，实际通信却需要对应的MAC地址
2）ARP是以IP地址为线索，用来定位下一个应该接收数据分包的网络设备MAC地址。
若目标主机不在同一个链路上，则可通过ARP查找下一跳路由器的MAC地址。
只适用于IPv4.
2.ARP的工作机制
ARP通过ARP请求与ARP相应来确定MAC地址。
eg如下：
说明：
1）eg的解释如下：
2）ARP请求的还有一个作用是：将自己的MAC地址告诉给对方
3）为了避免每发送一个IP数据报都要进行一次ARP请求，来确定MAC地址，从而造成不必要的网络流量。
因此，对于发送方的ARP缓存表而言，
对于接收方的ARP缓存表而言而言，
4）ARP包格式如下：
3.IP地址和MAC地址为什么缺一不可？
eg：
如主机A想要发送IP数据报给主机B，必须要经过路由器C，即使知道了主机B的MAC地址，由于路由器C会隔断两个网络，还是无法直接实现从主机A发送数据报给主机B。故，主机A 必须得先将数据报发送给路由器C的MAC地址C1.
说明：
1）目前的路由器可以做到将那些MAC地址成为了广播地址的IP数据报不再进行转发。
2）ARP具有对IP地址和MAC地址的映射进行缓存的功能，有了这个缓存功能，发送IP包时，就不必要每次都发送ARP请求，从而防止性能下降。
3）
4.RARP协议：Reverse Address Resolution Protocol
1）RARP是从MAC地址定位IP地址的一种协议。
使用RARP的前提是：认为MAC地址就是设备固有的一个值。
eg：打印机服务器等小型嵌入式设备
2）我们的个人PC的IP地址，是通过DHCP自动分配获取的IP地址。
5.代理ARP
四、ICMP：辅助IP的icmp
1）架构ICMP网络的时，需要注意两点：确认网络是否正常工作，遇到异常时的问题诊断。
2）ICMP的主要功能：
确认IP包是否成功送达目标地址；
通知在发送过程中，IP包被废弃的具体原因；
改善网络设置；
3）ICMP只负责与IP相关的设置，ICMP是基于尽力而为的IP上进行工作的，因此，无法保证服务质量。ICMP所承担的功能并非传输层的补充，二应将其考虑为IP的一部分。
eg：
2.主要的ICMP消息
ICMP消息类型如下
1）ICMP目标不可达消息（类型3）
IP路由器无法将IP数据包发送给目标地址时，会给发送端主机返回一个目标不可达（Destination Unreachable Message）的ICMP消息，并在消息中显示不可达的具体原因。
2）ICMP重定向消息（类型5）
前提：这主要发生在路由器持有更好的路由信息的情况下。
若路由器发现发送端主机使用了次优的路由发送数据，那么它会返回一个ICMP重定向（ICMP Redirect Message）的消息给这个主机。
在这个消息中，包含了最合适的路由信息和源数据。
eg：
说明：
传统重定向的缺点：
在大多数情况下，这种重定向消息可能会成为引发问题的原因，所以往往不进行这张设置。例如，不是发送端主机，而是途中某个路由器的路由控制表不正确的时候，ICMP有可能无法正常工作。
3）ICMP超时消息（类型11）
a）IP包的TTL字段与ICMP之间的关系如下：
IP包中有一个字段叫做TTL（Time to Live，生存周期），他的值随着每经过一次路由器就会减1，直到减为0时，该IP包则会被丢弃。
此时，IP路由器会发送一个ICMP超时消息（ICMP Time Exceeded Message，错误号0）给发送端主机，并通知该包已被丢弃
b）设置IP包生存周期的主要目的：为了在路由控制遇到问题，发生循环状况的时候，避免IP包无休止地在网络上被转发。
eg：ICMP时间超过的消息
补充：利用ICMP超时消息的应用——tracerout
4）ICMP回送消息（类型0、8）
a）用于进行通信的主机或路由器之间，判断所发送的数据包是否已经成功到达对端的一种消息。
既可以向对端主机发送会送请求的消息（ICMP Echo Reguest Message，类型8），也可以接受对端主机发回来的回送应答消息（ICMP Echo Replay Message，类型0）.
b）网络上最常用的的ping命令就是这个消息实现的。
3.其它的ICMP消息
1）ICMP原点抑制消息（类型4）
2）ICMP路由器探索消息（类型9、10）
3）ICMP地址掩码消息（类型17、18）
4.ICMPv6
1)ICMPv6的作用
IPv4中ICMP与IPv6中ICMPv6的区别与进步：
a）IPv4中的ICMP仅作为一个辅助作用支持IPv4，然而在IPv6中，ICMP的作用被扩大，如果没有ICMPv6，那么IPv6就无法进行正常的通信。
b）在IPv6中，IP地址定位MAC地址的协议从ARP转为ICMP的邻居探索消息（Neighbor Discovery），这种邻居探索消息融合了IPv4的ARP、ICMP重定向以及ICMP路由器选择消息等功能于一体。
c）提供自动设置IP地址的功能，ICMPv6中没有DNS服务器的通知功能，因此，需要ICMPv6和DHCPv6组合起来，才能够实现自动设置IP地址的功能。
2）ICMPv6将ICMP大致分为两类：
一类是错误消息，类型0-127；
另一类是信息消息，类型128-255；
ICMPv6错误消息如下
ICMPv6信息消息如下
3）邻居探索
IPv4与IPv6中查询mac地址的区别如下：
a）IPv4使用ARP协议，且ARP采用的是广播，使得不支持ARP的节点也会收到包，会造成一定的浪费。
b）ICMPv6中类型133-137的消息叫做邻居探索消息（在IPv6通信中很重要）。
邻居请求消息用于查询IPv6的地址与MAC地址的对应关系，并由邻居宣告消息得知MAC地址。IPv6的邻居请求消息利用的是IPv6的多播地址。
eg：IPv6张查询MAC地址
eg：在IPv6中IP地址的自动设置
说明：
五、DHCP:自动设置IP地址
1.DHCP实现即插即用
1）DHCP的作用：实现了自动设置IP地址、以及统一管理IP地址分配。
DHCP：Dynamic Host Configuration Protocol。
2）有了DHCP，计算机只要连接网络，就可以进行TCP/IP通信，DHCP不仅可以在IPv4中，而且可以在IPv6中使。
3）在没有DHCP服务器的网络中
在有DHCP的服务器当中
2.DHCP的工作机制——传统方式
1）
2）从DHCP中获取IP地址的流程（从DHCP客户端到DHCP服务端之间，感觉是cs架构呀）如下：
分为两个阶段
说明：
a）DHCP在分配IP地址有两种方法。一种：DHCP服务器在特定的IP地址中自动选出一个分析分；另外一种：针对MAC地址分配一个固定的IP地址。这两种方式可以并用。
b）为了避免单一DHCP服务器遇到故障，人脉就会假设两台或两台以上的DHCP服务器，但是可能会导致分配的IP地址相互冲突。
解决办法如下：
3.DHCP中继代理——继承了传统互联网的特点的当代互联网
1）只有一个以太网（无线LAN）的网络，eg：家庭。
使用宽带路由器充当DHCP的角色。
2）当有多个以太网（无线LAN）网络，如果针对每个网络都设置一个DHCP服务器，将会是这个复杂的工程。
所以，解决方式如下：利用DHCP中继代理
DHCP中继代理的作用：对不同网段的IP地址分配也可以由一个DHCP服务器统一进行管理和运维。它只需要在每个网段内设置一个DHCP中继代理（多数为路由器）即可，从而在DHCP服务器上为每个网段注册IP地址的分配范围。
eg：
注意：
DHCP中包含，发出请求的主机MAC地址/DHCP中继代理就是利用这个MAC地址将包返回给了DHCP客户端。也就是下面的(4)
六、NAT协议
１.ＮＡＴ的定义
1）NAT（Network Address Translator）是用在本地网络中使用私有地址，在连接互联网时，转而使用全局IP地址的技术。
2）NAPT（Network Address Ports Translator）技术：转换TCP、UDP端口号的技术，可以实现用一个全局IP地址与多个主机进行通信。
3）在IPv4与IPv6的相互通信中，常使用NAT－PT技术。
２.ＮＡＴ的工作机制
１）典型ＮＡＴｅｇ如下：
２）典型的NAPTｅｇ如下：
当私有网络内的多台机器同时都要与外部进行通信，仅转换IP地址，人们担心全局IP地址不够用。
说明：
１）在TCP／UDP的通信当中，只有目标地址、源地址、目标端口、源端口以及协议类型（TCP ｏｒ UDP）五项内容一致的时候，才会被认为是通一个通信连接。
２）
３）这种转换表在NAT路由器上自动生成，ｅｇ：在TCP的情况下，建立TCP连接首次握手时的SYN包一经发出，就会生成这个表。而后，接收到关必连接时，会发出FIN包的确认应答并从将表删除。
３.ＮＡＴ－PT（NAPT－PT）
１）NAT－PT是将ＩＰｖ６的首部转换为ＩＰｖ４的首部的一种技术。专业，只有ＩＰｖ６的主机就可以与ＩＰｖ４地址的其它主机进行通信了。
２）ＮＡＴ－PT的典型ｅｇ如下：
４.ＮＡＴ的潜在威胁
５.解决NAT的潜在问题与NAT穿越
１）改用ＩＰｖ６。如果都使用ＩＰｖ６，那就没必要使用NAT了。
２）若在一个没有NAT的环境里，主机用户可以完全忽略NAT的存在而进行通信。
在NAT内侧主机上（私有IP地址的一边）的应用上可以生成NAT转换表，但是需要先发送一个虚拟的网络包给NAT的外侧。然后，会读取包首部中的内容，并自动生成一个转换表。若转换表构造合理，就能实现NAT外侧的主机与内测的主机之间建立通信。
此外，该应用还可以与NAT路由器进行通信生成NAT表，并通过一定的方法，将NAT路由器上的附属全局IP地址传给应用。
上面的方法就可称之为：NAT穿越。NAT外侧与内测进行通信，解决了NAT无法从NAT的外部向内部服务器建立连接的问题。这种方法与ＩＰｖ４环境的兼容性极好。
七、IP隧道
１）如果两个ＩＰｖ４网络的中间夹杂着ＩＰｖ６网络，这俩ＩＰｖ４网络如何进行通信？
２）一般情况下，紧接着IP首部的是TCP或者UDP的首部。
然而，在网络层的首部后面继续追加网络层首部的通信方法叫做：IP隧道，ｅｇ：ＩP首部的后面还是IP首部。
ｅｇ：两边都是ＩＰｖ４的中间夹杂着ＩＰｖ４，
两边都是ＩＰｖ６的中间夹杂着ＩＰｖ４，
说明：骨干网上通常使用ＩＰＶ４ｏｒＩＰｖ６进行传输，若有些只能ＩＰｖ４ ｏｒＩＰｖ６的路由器就可以使用IP隧道技术来转发数据包。
ｅｇ：多播隧道
若路由器没有多播包的路由控制信息，则多播消息也就无法穿越路由器来发送消息。所以，可以使用IP隧道，路由器利用单播的形式发包，也就能够向距离较远的链路转发多播消息。
八、其它IP相关技术
１.IP多播相关技术
１）在多播通信中，确认接受端是否存在很重要。如果没有接收端，发送多播消息会造成网络流量的浪费。
２）确认是否有接收端，要通过MLD（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｌｉｓｔｅｎｅｒ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ）实现。他是ＩＰｖ４总的IGMP和ＩＰｖ６中的ＩＣＭＰｖ６的重要功能。
３）MLD的两大作用如下：
ａ）像路由器表明，想要接收的多播消息，并通知想接受多播的地址。
ｂ）向交换机集线器通知，想要接收的多播地址。
具体过滤的方法如下：
通常，集线器可以学习发送端的MAC地址，在探听的过程中，由于可以从MLD包中获得多播发送的地址和端口，从而不会再向毫无关系的端口发送多播帧，可以减轻那些不再接受多播消息端口的复合。
ｅｇ：基于IGMP（MLD）多播实现：
２.IP任播——DNS根域名服务器
１）IP任播指的是：为那些提供同一种服务的服务器配置同一个IP地址，并于最近的服务器进行通信的一种方法。
ｅｇ：报警电话１１０与１１９系统。
还有DNS根域名服务器，从负载均衡与灾备应对的角度去看，全世界的根域名服务器不可能只设置１３处，所以使用IP任播，可以让更多的DNS根域名服务器散布到世界的各个角落。
２）缺点：无法保证第一个包和第二个包发送给同一个主机。所以，对于无连接的UDP发出请求而无需应答的情况下适用，对于面向连接的TCP或者UDP中要求通过连续的多个包进行通信，就不合适了。
ｅｇ：IP任播
３.通信质量控制
１）IP协议是一种“尽力服务”型的通信。但是有时候也会“堵车”。
通信线路上的拥塞叫做收敛。当网络收敛时，路由器和集线器的队列（buffer）会溢出，会造成大量的丢包现象，从而会影响通信性能。eg:web界面迟迟无法显示。
２）在IP通信过程中为了能够保证服务质量QoS，提出了控制通信质量的机制。
（a）控制通信质量的工作机制类似于高速公路上的VIP通道，对于需要保证通信质量的包，路由器会进行特殊处理，甚至优先处理；
（b）通信质量包括：带宽、延迟、时延波动、丢包率等内容。
（c）为了控制通信质量，提出了RSVP技术(Resolution Reservation Protocol多协议标签交换)，该技术主要分为以下的两个部分：
一个是提供点对点的详细优先控制 (IntServ)；
另一个是提供相对较粗粒度的优先控制 (DiffServ)；
3）IntServ
（a）IntServ是针对特定应用之间的通信进行质量控制的一种机制。
特定指的是：源IP地址、目标IP地址、源端口号、目标端口号、协议号相同。
（b）
4）DiffServ
（a）IntServ针对应用的连接进行详细的通信质量控制。
（b）DiffServ是针对特定的网络进行较粗粒度的通信质量控制。例如，针对某个特定的供应商进行顾客排名，从而进行数据包的优先处理。
（c）具体操作过程如下：
5）IntServ与DiffServ的区别
4.显式拥塞通知ECN
1）ECN：Explicit Congestion Notification显示拥塞通知
2）
3）ECN机制：
在发送包的IP首部中记录路由器是否遇到拥塞，并在返回包的TCP首部中通知是否发生过拥塞。
拥塞检查在网络层中进行，而拥塞通知则在传输层上进行，这两层的互相协助实现了拥塞通知的功能。
5.Mobile IP
（1）来源：
（2）Mobile IP技术可以使得主机所连接的子网IP发生变化的时候，主机IP地址仍保持不变。
（3）IP隧道与Mobile IP的一个具体例子
移动主机，归属地址，归属代理，外部代理的重要定义
（4）Mobile IPv6
Moblie IP中存在的问题如下：
Mobile IPv6的解决办法：
