计算机网络之网络层ARP协议、DHCP协议、ICMP协议及其IPv6【408_2】_arp/dhcp

一、网络层

（一）ARP协议

1. 主机1发送数据至主机3

2. 主机1发送数据至主机5

3. ARP协议特点

• 由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址。
• ARP协议：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。【解决下一跳走哪的问题】
• ARP协议使用过程：
  检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存（10-20min更新一次）。

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• ❗❗❗❗❗❗ARP协议4种典型情况：【ARP协议自动进行】❗❗❗❗❗❗
  ①、主机A发给本网络上的主机B：用ARP找到主机B的硬件地址；
  ②、主机A发给另一网络上的主机B：用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址；
  ③、路由器发给本网络的主机A：用ARP找到主机A的硬件地址；
  ④、路由器发给另一网络的主机B：用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。

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• 主机发送IP数据报给主机B，经过了5个路由器，请问此过程总共使用了几次ARP协议？【6次】

（二）DHCP协议

1. 主机如何获得IP地址？

• 静态配置【IP地址、子网掩码、默认网关】
• 动态配置
  

2. DHCP协议

• 动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。
• DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。
  

（三）ICMP协议

1. TCP/IP协议栈

2. 网际控制报文协议ICMP

3. ICMP差错报文

（1）ICMP差错报告报文（5种）

1. 终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。【无法交付】
2. 源点抑制(已弃用)：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。【拥塞丢数据】
3. 时间超过：当路由器收到生存时间TTL=0的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。【TTL=0】
4. 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。【首部字段有问题】
5. 改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）。【值得更好的路由】

（2）ICMP差错报告报文数据字段

（3）❗❗❗不应发送ICMP差错报文的情况❗❗❗

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1. 对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
2. 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
3. 对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
4. 对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文。

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4. ICMP询问报文

1. 回送请求和回答报文【主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。】
2. 时间戳请求和回答报文【请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。】
3. 掩码地址请求和回答报文(已弃用)
4. 路由器询问和通告报文(已弃用)

（1）ICMP的应用

• PING：测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文。
• Traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文。

（四）IPv6

1. 为什么有IPv6？

• 32位IPv4地址空间已分配殆尽…【CIDR、NAT：治标不治本】
• IPv6：从根本上解决地址耗尽问题。
• 改进首部格式：快速处理/转发数据报/支持QoS(QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力, 是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。)

2. IPv6数据报格式

• 版本：指明了协议版本，总是6。
• 优先级：区分数据报的类别和优先级。
• 流标签：“流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标签。
• 下一个首部：标识下一个扩展首部或上层协议首部。
• 跳数限制：相当于IPv4的TTL。

3. IPv6和IPv4

1. IPv6将地址从32位（4B）扩大到128位（16B），更大的地址空间。
2. IPv6将IPv4的校验和字段彻底移除，以减少每跳的处理时间。
3. IPv6将IPv4的可选字段移出首部，变成了扩展首部，成为灵活的首部格式，路由器通常不对扩展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率。
4. IPv6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议。
5. IPv6首部长度必须是8B的整数倍，IPv4首部是4B的整数倍。
6. IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片。
7. ICMPv6：附加报文类型“分组过大”。
8. IPv6支持资源的预分配， 支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用。
9. IPv6取消了协议字段，改成下一个首部字段。
10. IPv6取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段。
11. IPv6取消了服务类型字段。

4. IPv6地址表示形式

5. IPv6基本地址类型

6. IPv6向IPv4过渡的策略

• 双栈协议：双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。
• 隧道技术：通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。