《圖解TCP/IP》---IP協議相關技術

1. 僅憑IP無法完成通信

• 我們通常情況下，在訪問web時，不會直接使用IP進行訪問，所以需要一個功能——將網址轉化成IP地址
• 數據鏈路層也不使用IP地址，所以需要將IP地址變成MAC地址

2. DNS

• DNS可以將我們訪問的網路地址，轉換成IP地址
• 可以適用IPv4和IPv6

IP地址是不便於記憶的

• 在進行網絡通信時，使用的一般是主機名，於此同時幫助轉換的就是host數據庫文件
  
  DNS的產生
• 爲了可以有效管理host文件，產生了DNS系統
• 當輸入域名時，DNS會檢索數據庫定位到IP地址；當主機名變化時，DNS也會及時修改

域名的構成

• 域名是識別主機和組織的分層名稱
  域名服務器
• 指管理域名的主機和相應的軟件，它可以管理所在分層域的相關信息
• 每一層都有一個域名服務器

• 根部設置的域名服務器叫做根域名服務器，它對DNS起着至關重要的作用
• 每一層域名服務器會註冊下一層域名服務器的ip，如果想要修改當前分層的信息，必需要在上一層進行追加或修改
• 爲了提高容災能力，一般會在每一層設置多個域名服務器

解析器

• 進行DNS查詢的主機和軟件都叫解析器。包括用戶使用的個人電腦等等

DNS查詢

• 解析器會向域名服務器查詢IP
• 接收到查詢請求的服務器會先在自己數據庫中查詢，如果有則返回；沒有則繼續向上一層的域名解析器查詢
• 解析器和域名服務器會將最新查詢到的數據放入緩存，減少每次查詢的性能消耗

3. ARP

• 以目標IP地址爲線索，定位下一個應該接收數據分包的網絡設備
• 如果目標主機不在同一個鏈路，則可以定位下一跳的路由器MAC地址
• 只適用IPv4，IPv6需要使用ICMPv6
• 通過ARP請求和ARP響應定位MAC地址
  
• ARP請求通過廣播的方式，發送所要定位的IP地址以及自己的IP地址
• 當主機收到的ARP請求的IP地址與自己一致，會單播發送ARP響應
• 通常會將ARP獲取的MAC地址放入緩存中，以提高網絡性能(發送ARP請求和響應的主機都會進行緩存)

ARP的作用

• MAC地址和IP地址的作用不同，所以採用ARP定位，而不直接使用MAC地址
• 如果只使用MAC地址，由於兩個主機不在一個鏈路，則無法直接發送過去

RARP

• 是將MAC地址定位爲IP地址
• 通常用於嵌入式設備，一般的個人電腦，會採用DHCP動態獲取IP地址

代理ARP

• 如果不支持子網掩碼的老設備，可以採用代理ARP繼續使用網絡

4. ICMP

• 架構IP網絡，需要特別注意兩點：1.確認網絡是否正常工作；2.遇到異常進行問題診斷
• ICMP是提供網絡診斷的功能協議
• 發送的消息使用的依然是IP地址

主要功能：

1. 確認IP包是否發送到目的地址
2. 通知在發送過程中IP包被丟棄的具體原因(損壞，不可達)

ICMP的消息分爲兩大類

• 通知出錯原因的錯誤信息
• 用於診斷的查詢信息
  

4.1 主要的ICMP消息

ICMP目標不可達（類型3）

• 無法將數據包發送到目的地址時，會向發送方發送一個消息不可達，並顯示不可達的具體原因

• 常見原因：錯誤代碼1：表明主機不可達，可能該主機沒有連接到網絡

ICMP重定向消息（類型5）

• 如果發現發送端使用了次優的路徑發送消息，會返回ICMP重定向的消息，給這個主機，包含最合適的路由信息和源數據

ICMP超時消息（類型11）

• 當IP包中的TTL（生命週期）爲0時，此IP包會被丟棄，此時會發送一個ICMP的超時消息
• 設置生命週期目的在於防止路由控制時出現環路

ICMP回送消息（類型0、8）

• 用於主機和路由器之間，判斷所發送的數據包是否成功到達
• ping命令的實現

4.2 ICMPv6

• 在IPv4如果沒有IPMP，依然可以實現通信，起到的是輔助作用
• IPv6如果沒有ICMPv6，則無法通行
• 將ICMP分爲兩大類：1.錯誤消息 2.信息消息

鄰居探索

• 類似於ARP，不過採用是多播

5. DHCP

• 即插即用
• 自動設置IP地址
• 統一管理IP地址

工作機制

• 先架設一臺DHCP服務器，並設置相關信息
  
• 發送DHCP發現包，獲取IP地址
• 發送DHCP請求包，防止獲取的IP地址重複

DHCP中繼代理可以實現在不同網段統一分配IP地址的功能

6. NAT

• 將主機使用的私有地址和全局IP地址進行相互轉換
• 解決IPv4地址不足的問題
• NAPT可以進行私有地址加端口號的轉換

NAT-PT

• 將IPv6和IPv4相互轉換的協議

潛在問題

• 無法從NAT外部向內部建立連接（因爲內部連接一旦斷開，轉換表就會刪除）—NAT穿越
• 轉換表的生成需要有開銷
• 如果NAT故障，會造成所有的TCP連接進行重置
• 即使備份多態NAT，TCP連接還是會斷開

7. IP隧道

8. 其他IP相關技術(瞭解)

IP多播

• 需要確定是否存在接收端
• IPV4採用IGMP，IPv6採用ICMPv6

IP任播

• 主要用於110和119

通信質量控制

• RSVP技術

MobileIP

• 解決移動端IP地址容易變化，造成的TCP或UDP連接中斷