TCP/IP基础(三) – IP协议相关技术
DNS
由于IP地址不便记忆，在最开始的时候，人们用一种叫做hosts的数据库文件来记录IP和主机名的关系。在互联网的起源ARPANET中，起初由互联网信息中心（SRINIC）整体管理一份hosts文件。如果新增一台计算机接入到ARPANET网或者已有的某台计算机要进行IP地址变更，中心的这个hosts文件就得更新，而其他计算机则不得不定期下载最新的hosts文件才能正常使用网络。然而，随着网络规模的不断扩大、接入计算机的个数不断增加，使得这种集中管理主机名和IP地址的登录、变更处理的可行性逐渐降低。后面这个hosts文件逐渐演变成DNS系统。
域名的构成
域名是指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。
例如，仓敷艺术科学大学的域名如下：kusa.ac.jp
- kusa 表示仓敷艺术科学大学（Kurashiki University ofScience and the Arts）固有的域名。
- ac 表示大学（academy）或高等专科以及技术专门学校等高等教育相关机构。
- jp 则代表日本（japan）。
在使用域名时，可以在每个主机名后面追加上组织机构的域名（持有域名的组织机构可以设置自己的子网，此时的子域名要介于主机名和域名之间） 。
例如，有pepper、piyo、kinoko等主机时，它们完整的带域名的主机名将呈如下形式：
- pepper.kusa.ac.jp
- piyo.kusa.ac.jp
- kinoko.kusa.ac.jp
域名的树形结构：
每一级域名都对应有域名服务器:
DNS查询
ARP
ARP（Address Resolution Protocol） 是一种解决地址问题的协议。以目标IP地址为线索，用来定位下一个应该接收数据分包的网络设备对应的MAC地址。如果目标主机不在同一个链路上时，可以通过ARP查找下一跳路由器的MAC地址。不过ARP只适用于IPv4，不能用IPv6。IPv6中可以用ICMPv6替代ARP发送邻居探索消息。
ARP的工作机制
假定主机A向同一链路上的主机B发送IP包，主机A的IP地址为172.20.1.1，主机B的IP地址为172.20.1.2，它们互不知道对方的MAC地址。
主机A为了获得主机B的MAC地址，起初要通过广播发送一个ARP请求包。这个包中包含了想要了解其MAC地址的主机IP地址。也就是说，ARP请求包中已经包含了主机B的IP地址172.20.1.2。由于广播的包可以被同一个链路上所有的主机或路由器接收，因此ARP的请求包也就
会被这同一个链路上所有的主机和路由器进行解析。如果ARP请求包中的目标IP地址与自己的IP地址一致，那么这个节点就将自己的MAC地址塞入ARP响应包返回给主机A。
总之，从一个IP地址发送ARP请求包以了解其MAC地址（ARP请求包还有一个作用，那就是将自己的MAC地址告诉给对方。） ，目标地址将自己的MAC地址填入其中的ARP响应包返回到IP地址。由此，可以通过ARP从IP地址获得MAC地址，实现链路内的IP通信。
ICMP
- CMP的主要功能包括，确认IP包是否成功送达目标地址，通知在发送过程当中IP包被废弃的具体原因，改善网络设置等。
在IP通信中如果某个IP包因为某种原因未能达到目标地址，那么这个具体的原因将由ICMP负责通知。
如下图，主机A向主机B发送了数据包，由于某种原因，途中的路由器2未能发现主机B的存在，这时，路由器2就会向主机A发送一个ICMP包，说明发往主机B的包未能成功。ICMP的这种通知消息会使用IP进行发送。因此，从路由器2返回的ICMP包会按照往常的路由控制先经过路由器1再转发给主机A。收到该ICMP包的主机A则分解ICMP的首部和数据域以后得知具体发生问题的原因。
**Note:**在ICMP中，包以明文的形式像TCP/UDP一样通过IP进行传输。然而，ICMP所承担的功能并非传输层的补充，而应该把它考虑为IP的一部分。
ICMP消息类型
CMP的消息大致可以分为两类：一类是通知出错原因的错误消息，另一类是用于诊断的查询消息。
- 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，并在这个消息中显示不可达的具体原因，如下表所示。
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ICMP重定向消息（类型5）
如果路由器发现发送端主机使用了次优的路径发送数据，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。这主要发生在路由器持有更好的路由信息的情况下。路由器会通过这样的ICMP消息给发送端主机一个更合适的发送路由。
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ICMP超时消息（类型11）
IP包中有一个字段叫做TTL（Time To Live，生存周期），它的值随着每经过一次路由器就会减1（当IP包在路由器上停留1秒以上时减去所停留的秒数，但是现在绝大多数设备并不做这样的处理。） ，直到减到0时该IP包会被丢弃。此时，IP路由器将会发送一个ICMP超时的消息（ICMP Time Exceeded Message，错误号0（错误号1表示将被拆分包做重构处理时超时。） ）给发送端主机，并通知该包已被丢弃。
设置IP包生存周期的主要目的，是为了在路由控制遇到问题发生循环状况时，避免IP包无休止地在网络上被转发。此外，有时可以用TTL控制包的到达范围，例如设置一个较小的TTL值。 -
ICMP回送消息（类型0、8）
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。可以向对端主机发送回送请求的消息（ICMP Echo Request Message，类型8），也可以接收对端主机发回来的回送应答消息（ICMP Echo Reply Message，类型0）。网络上最常用的ping命令（Packet InterNetwork Groper，判断对端主机是否可达的一种命令。） 就是利用这个消息实现的。
NAT
NAT定义
NAT（Network Address Translator）是用于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。除转换IP地址外，
还出现了可以转换TCP、UDP端口号的NAPT（Network Address PortsTranslator）技术，由此可以实现用一个全局IP地址与多个主机的通信（通常人们提到的NAT，多半是指NAPT。NAPT也叫做IP伪装或MultiNAT。）
NAT的工作机制
如下图所示，以10.0.0.10的主机与163.221.120.9的主机进行通信为例。利用NAT，途中的NAT路由器将发送源地址从10.0.0.10转换为全局的IP地址（202.244.174.37）再发送数据。反之，当包从地址163.221.120.9发过来时，目标地址（202.244.174.37）先被转换成私有IP地10.0.0.10以后再被转发（在TCP或UDP中，由于IP首部中的IP地址还要用于校验和的计算，因此当IP地址发生变化时，也需要相应地将TCP、UDP的首部进行转换） 。
在NAT（NAPT）路由器的内部，有一张自动生成的用来转换地址的表。当10.0.0.10向163.221.120.9发送第一个包时生成这张表，并按照表中的映射关系进行处理。
NAT的潜在问题
由于NAT（NAPT）都依赖于自己的转换表，因此会有如下几点限制：
- 无法从NAT的外部向内部服务器建立连接（虽然可以指定端口号允许向内部访问，但是数量要受限于全局IP地址的个数。） 。
- 转换表的生成与转换操作都会产生一定的开销。
- 通信过程中一旦NAT遇到异常需重新启动时，所有的TCP连接都将被重置。
- 即使备置两台NAT做容灾备份，TCP连接还是会被断开。
