【計算機網絡】第七章：[網絡層]網絡協議（Part2.網絡協議）

ICMP協議是用來測試網絡是否通——ping命令。當PC_Aping PC_B時，A會發一個ICMP請求數據包，B收到後會產生一個ICMP響應數據包。除此之外還有ICMP錯誤報告數據包，例如當目標網絡不可到達時，當前路由器會生成一個這種數據包；TTL耗盡也會產生一個錯誤報告數據包。錯誤報告數據包包含了一部分請求數據包的內容，

錯誤報告數據包雖然統稱爲一類，但是根據錯誤不同返回的內容也不同，從功能是上來說都是相同的。

ICMP數據包內容如上。Type值爲8是請求，0是響應。
接下來是包括錯誤返回包的報文格式。


類型值：Type——代碼Code

ICMP協議

ICMP協議數據包想要在網絡層中傳輸，就必須加IP首部。也就說ICMP協議依賴於IP協議。如果網絡不暢通，則ICMP協議無法工作。

ICMP差錯報文中，如上圖可以看出有請求數據包的部分內容（首部+八個字節的數據），其餘的丟掉。然後這部分數據會進行一定處理，封裝成差錯報文，加網絡層首部傳輸。
下面我們來看一下具體的幾個例子。

TTL過期差錯報文

類型11，代碼0


這個數據包裏包含了請求數據包的首部，如圖。

目標不可到達

類型3代碼1

路由重定向

如圖所示，路由重定向與其說是錯誤，更應該說是優化。當處於10網段的PC想要訪問11網段的目標時，由於默認網關是12網段，所以數據包會優先發到RB路由器上，RB路由器收到數據包後，發現去11網段有更合適的路徑（或此路無法到達11網段），此時會返回一個重定向數據包給PC，PC收到該數據包後，會生成一個臨時路由，此後發向11網段的數據包都不再走網關，而是通過該路由走向更優路徑。

如圖所示，重定向數據包指向了推薦路徑。這是一個來自10.10去向10.20的數據包，被重定向給10.100。

ICMP差錯報文並不只是ping命令請求數據包出現問題時纔會返回這種數據包，也可以給應用程序返回錯誤報告。當使用TCP協議目標端口80來訪問網站，如果數據包不可到達，也會產生ICMP目標不可到達的錯誤報告報文。TTL耗盡時也會返回TTL耗盡的差錯報告報文。

差錯報告報文除了IP首部還有後面8個字節，這8個字節裏有傳輸層信息（比如目標端口），從而指明客戶端的哪一個應用程序，所以當差錯報文返回後，操作系統可以知道應該把這個數據包轉給那個應用程序（比如各種瀏覽器）。

ping命令

作爲計算機網絡驗證連通性最基本的命令，其實沒有需要再拓展開說明的。接下來介紹的是經驗之談。

注意觀察的點：
來自：從哪裏返回的數據包，可能不是目標，而是途中的路由器
字節：一般默認32字節，可以人爲設置，通過-l 命令
時間：往返時間
TTL：生存時間
一般而言，企業中ping網關，往返時間不大於10ms，如果比10ms大，則要考慮是不是有設備在網絡中發廣播導致網絡堵塞。沒有什麼科學依據，經驗之談。

這種網絡排錯最難，因爲你說他通吧，它經常不通，說不通吧，偶爾還通一個。這種情況我們的第一步推測是網絡堵了，使用抓包工具抓包。找出是誰發的廣播包。找出廣播包後考慮殺毒，重新插拔網線等操作。

案例分析1：已經打開的網頁停止訪問，不管怎麼點網頁中的連接都沒有反應
這種情況要考慮兩方面，第一是web服務器本身的問題，本身如果當時CPU利用率吧比較高處理不過來，會出現停止響應的情況；第二是網絡突然變得非常擁堵，導致請求發不到服務器，發到服務器後數據傳輸效率也非常低。

分析：碰到這種問題，推薦使用第三者設備測試。我們先默認網絡出現問題，然後排查所有可能出現問題的區域和情況，如果都沒有問題則就是服務器的問題。

思路：ping斷定哪一鏈路異常。
1.用一臺企業內網的設備ping互聯網，確企業內網到互聯網的鏈路是否暢通。
2.用該設備ping電信機房，確認整條鏈路是否暢通
3.通過服務器的IP地址和子網掩碼判斷服務器所在局域網內可能的設備數，並用ping命令訪問，確認是某一線路的問題或者是整個網絡的問題（都丟包或者只有一個丟包）
4.如果都沒有問題，則是服務器出現問題。

確認訪問路徑使用ping -i 命令，將TTL設置從1開始遞增，就可以追蹤出一條完整的路徑。一定要逐個確認，不要一次性跨網段ping，一個一個來。

tracert/pathping命令

tracert命令之前也介紹過，相當於ping -i的簡化版，可以追蹤數據包過了哪一些路由器。而pathping則比tracert更強，可以查看所經路由的丟包率。

圖中請求超時的數據包是因爲路由器可以通過管理設置，拒絕返回ICMP相應數據包，如果這樣設置後，我們就不能夠得知這個路由器的信息。

ARP協議

ARP是IP協議的基礎，IP協議是ICMP協議的基礎。沒有ARP協議則IP協議無法正常工作，IP協議無法工作則ICMP協議也無法工作。
我們知道數據鏈路層的數據幀傳輸需要使用目標和源MAC地址。而目標MAC地址對於剛接入網絡的設備是未知的。
對於局域網，此時新設備會發送ARP廣播，會發送給交換機相連的所有設備，但是隻有目標設備會返回一個信息，告訴它目標MAC地址是多少。有了MAC地址，才能在數據鏈路層傳輸。沒有MAC地址，數據包是無法到達目的地的。所以說ARP協議爲IP協議提供服務。
對於非局域網，網段不同時，使用ARP解析網關的mac地址，路由器告訴網關mac地址。然後到達廣域網後，點到點鏈路中不需要目標MAC地址。數據包到達目標網段後，路由器會用arp廣播解析目標設備，然後記錄到緩存中，從此之後就能正常交互了。

所以說，路由器端口中一般緩存着局域網內所有設備的mac地址。使用命令

show arp       GNS3思科路由器命令
arp -a             (cmd)命令

ARP欺騙

ARP協議解析mac地址靠廣播，對方告訴什麼是什麼，並不會驗證真假，這就會有潛在風險。
網絡執法官應用程序：通過arp欺騙來禁止網絡中某些設備的通信。

假如說B安裝了網絡執法官程序，B不允許A和C通訊，則當A發送arp廣播後，C返回一個mac地址給A，在此後B接着發一個不存在的虛假mac地址給A，然後A收到了一個新的對於C的mac地址，由於arp協議並不糾錯，就會用新的mac覆蓋真正的mac地址。那麼當A向C通信時，數據包無法轉發給不存在的mac地址，進而丟包，導致a與c無法通信。同理，如果限制的是a和路由器的通信，則會導致a無法上網，因爲數據包無法轉發到路由器。
防止ARP欺騙的方法：
1.啓用防ARP欺騙的安全軟件（如局域網）
但是，網絡執法官不僅會對主機進行欺詐，仍然會對路由器進行欺詐，也就說，當我們爲電腦添加安全軟件後，即便電腦能夠百分百防禦arp欺詐，而路由器卻仍然會受到影響，這會導致間歇性丟包和網絡延遲大，導致網絡不暢通。
2.綁定mac地址

arp -s IP地址 MAC地址

將mac地址靜態綁定到對應IP的主機上，ARP欺騙將無法實現。但是靜態MAC地址重啓就重置了，如果想要永久設置。
新建記事本，輸入[arp -s IP地址 MAC地址]後保存爲.bat文件，重命名只要不是arp即可。然後運行。這樣就可以綁定了。
路由器上也可以添加綁定靜態mac地址的命令

arp IP地址 MAC地址（A4D6.AAAA.AAAA）arpa
MAC地址要寫4位用1個點來隔開，每位是1個字節

綜上，如果想要完美防止ARP欺騙，我們需要在設備上綁定mac的同時，在路由器上也綁定mac地址。

IGMP協議

組播（多播）

全稱組播管理協議，組播和多播是一個意思。

相對於點對點鏈路，流媒體服務器需要給每一個對服務器有請求的設備建立一條鏈路，則對幹路帶寬要求極高，且負擔重。組播的核心就是服務器只傳一份數據，然後需要的設備自取這一份數據，能夠大量節省服務器資源。流媒體服務中，點播內容可以進行互動（拖拽進度條）而組播只能觀看（觀看位置完全取決於服務器）。現在的直播產業中，也是應用此技術，當進入一個直播間，無法後退前幾分鐘的內容，需要等待主播下播後資源全部截取下來才能夠進行點播服務。

組播就是一組電腦都綁定一個地址，然後就可以接收多播數據包。多播地址的地址範圍是224.0.0.0~239.255.255.255。
這些地址也有被保留的地址，不能隨意使用。

如果一個服務器要同時播多個媒體資料，則可以用多個多播地址來實現同時多播。這裏多播地址想象成頻道更好理解，想要收看這個頻道就播到這個頻道，這個過程由用戶決定，服務器只管播放。

48位二進制構成，前25位完全一致。這種情況下可能會出現多個多播地址構造的mac地址相同的情況。

這種情況下，MAC地址相同，但是IP地址不同，由網絡層來區分給哪個應用程序，所以沒問題。

不同網段之間收看多播內容也是服務器只發一份數據過來，然後計算機收看。如果某網段所有用戶都不再收看這一多播資源，那麼路由器就會告訴上一個路由器不需要繼續發多播數據過來了，逐級反饋，最後這一個網段就沒有多播信號了。而當某一網段出現第一個需要收看這個多播信號的設備時，網關路由會根據多播路由表和上一個路由器請求多播流，從而實現多播信號的收看。路由器也會週期性檢測網段是否有活動狀態的用戶，沒有則會申請取消多播流繼續傳輸。

IGMP協議的功能：看以太網中的計算機都綁定了哪些多播地址。由該協議負責掃描這個網段有多少組成員和組播地址。