IP协议相关技术
IP旨在让最终目标主机收到数据包,但是这一过程仅仅依靠IP是无法实现的,必须要有实现解析主机名称和MAC地址的功能,以及数据包在发送过程中异常情况处理的功能,此外还会涉及IP必不可少的其他功能.
DNS(Domain Name System)
DNS系统与IP协议的关系:
DNS系统中维护一个用来表示组织内部主机名(域名)和IP地址之间对应关系的数据库.
DNS工作原理:
- 用户输入主机名(域名)
- DNS自动检索那个注册了的主机名和IP地址的数据库,迅速定位对应的IP地址
- 返回给用户主机该IP地址
DNS查询:
ARP(Address Resolution Protocol)
只要确定了IP地址即可向该目标地址发送IP数据报,然而在底层数据链路层,进行实际通信时,需要知道每个IP所对应的MAC地址
ARP协议与IP协议的关系
ARP是一种解决地址问题的协议,以目标IP地址为线索,用来定位下一个接受数据分包的网络设备对应的MAC地址,如果目标主机与用户主机不在同一个数据链路上,使用ARP查找下一跳路由器的MAC地址.
ARP协议是如何知道MAC地址的呢?
核心是借助用户主机发送ARP请求包和目标主机发送ARP响应包确定MAC地址
假定主机A要往主机B发送IP数据包
- 主机A只知道主机B的IP地址,为了获得主机B的MAC地址,主机A通过广播向同一数据链路的所有主机或路由器发送一个ARP请求包(包含了主机A的IP地址,MAC地址,目标主机的IP地址)
- 该请求包会被该链路上的所有主机或路由器解析
- 主机B解析到该请求包后得到主机A请求的IP地址与自己的IP地址相同,便将自己的MAC地址塞入ARP响应包并通过单播返回给主机A,同时将主机A的IP地址和MAC地址存入主机B自身的ARP缓存表.
- 主机A接收到主机B发送回来的ARP响应包,得到了主机B的MAC地址,同时将主机B的IP地址与MAC地址存入主机A自身的缓存表中.(注意:缓存数据也是有期限的)
RARP协议
RARP是将ARP反过来,从MAC地址获取IP地址的一种协议,将打印机服务器等小型嵌入式设备接入到网络中经常用到,假如将一台打印机接入到网络中,插电启动设备时,打印机就会发送一条"我的MAC地址是****,请告诉我我的IP地址是什么?"的请求信息,RARP服务器收到这条消息便会返回"MAC地址为****的设备,你的IP地址是啥啥啥"的响应信息给这个设备.
ICMP(Internet Control Message Protocol)
ICMP协议与IP协议的关系
ICMP协议确认IP包是否成功被发送出去,通知在发送过程当中IP包被废弃的原因,改善网络设置等.
ICMP的消息大致分为两类:
- 通知出错原因的错误消息
- 用于诊断的查询消息
ICMP的通知消息以明文的形式像TCP/UDP一样通过IP进行传输,但是ICMP所承担的功能并非传输层的补充,应该把它考虑为IP的一部分,收到该ICMP包的主机分解ICMP的首部和数据域可以得知具体发生问题的原因.
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
DHCP协议与IP协议的关系
DHCP协议实现了自动分配IP地址,统一管理IP地址分配,让即插即用变得可能.
DHCP协议工作原理
- DHCP客户端广播发送DHCP发现包,为自己请求一个新IP地址
- DHCP服务器收到该DHCP发现包后,给DHCP客户端发送了一个DHCP提供包,提供包中包含了一个可用的新IP地址
- DHCP客户端收到该DHCP提供包后,决定使用这个新IP地址作为自己的IP地址,于是再次广播发送DHCP请求包,向DHCP服务器请求使用该IP地址
- DHCP服务器收到该DHCP请求包后,再次向该DHCP客户端发送了一个DHCP提供包,允许DHCP客户端使用该IP地址.
NAT(Network Address Translator)
NAT协议与IP协议的关系
NAT协议是用于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,也就是实现私有地址到全局IP地址的转换.
NAPT(Network Address Ports Translator)技术
实现了用一个全局IP地址与多个主机的通信(比NAT技术更常用,所以说NAT技术一般指的是NAPT技术)
NAPT原理
主机A的本地IP地址为192.168.1.2,主机B的本地IP地址为192.168.1.3,这两个主机要连接互联网时,需通过NAT服务器,将IP地址转换为NAT服务器的全局IP地址中的一个端口地址,接收数据也是一样的,先使用NAT服务器的全局IP地址端口进行接受,然后再转换为本地IP地址.
IP隧道
IP隧道与IP协议的关系
假如网络A和网络C采用IPv6,而夹在中间的网络B使用IPv4的话,网络A与C就无法直接进行通信,需要使用IP隧道将网络A发过来的IPv6包统合为一个包,然后再追加一个IPv4的首部后转发给网络B.
IP隧道是什么
IP隧道就是在网络层的首部后面继续追加网络首部的通信方法
