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[系统运维]关于ARP协议、ICMP协议、IP协议、DNS服务的知识点补充

1、ARP 和 RARP 协议

1.1 ARP：任意网络层地址 `-->` 任意物理地址

网络层使用IP地址寻址一台机器，而数据链路层使用物理地址寻址机器，所以网络层必须把目标机器的IP地址转换为物理地址，才能使用数据链路层提供的服务。

① 以太网ARP请求报文格式

在这里插入图片描述

硬件类型字段：表示物理地址的类型，若值为1表示MAC地址。
协议类型字段：表示要映射的协议地址类型，若值为0x800，表示IP地址
硬件地址长度字段：顾名思义，其值表示所使用的硬件地址的长度，单位是字节。MAC地址的长度为6。
协议地址长度字段：顾名思义，其值表示所使用的网络层协议地址的长度，单位也是字节。IPv4地址的长度为4。
操作字段：可表示4种ARP报文类型：ARP请求、ARP应答、RARP请求和 RARP应答。其值分别为1，2，3，4。
最后四个字段填写通信双方的以太网地址和IP地址。
——发送端填充除目的端以太网地址外的其他三个字段，从而构建ARP请求并发送。
——接收端发现请求的目的端IP是自己，接把自己的以太网地址写入，交换两个目的端地址和发送端地址，从而构建ARP应答并返回。

综上，ARP请求/应答报文的长度位28字节，再加上以太网帧头部和尾部的18字节就是46字节。不过，有的实现要求以太网数据部分长度至少为46字节，此时ARP请求/应答报文会增加填充字节，以满足此要求。此时，一个携带ARP请求/应答报文的以太网帧长度为64字节。

1.2 RARP：任意物理地址`-->`任意网络层地址

RARP协议仅用于网络上的无盘工作站，他们缺乏存储设备，没法记住自己的IP地址，他们只能用网卡上的物理地址向网络管理者（服务器或网络管理软件）查询自己的IP地址。运行RARP服务的网络管理者通常存有该网络上所有机器的物理地址到IP地址的映射。

2、ICMP 协议

2.1 概述

ICMP协议是IP协议的重要补充，主要用于检测网络连接。
ICMP协议并非严格意义上的网络层协议，因为它使用了处于同一层的IP协议提供的服务，而一般来说，上层应该为下层提供服务。

2.2 ICMP报文格式

其报文格式如图所示：
在这里插入图片描述

① 8位类型字段

用于区分报文类型，他将ICMP报文分为三大类：

差错报文。这类报文主要用来回应网络错误。
查询报文。用来查询网络信息，比如ping程序就使用ICMP查询报文查看目标是否可达。
重定向报文。在5.3节细讲。

这里有对两种报文的具体讲解

② 8位代码字段

ICMP报文使用8位代码字段进一步细分不同的操作。如：重定向报文使用代码值0表示对网络重定向。代码值1表示对主机重定向。

③ 16位校验和字段

ICMP报文使用16位校验和字段对整个报文进行循环冗余校验（CRC），检验内容是否正确。

④ 内容字段

其余部分为内容字段，《Linux高性能服务器编程》的第2章详细讲解了主机重定向报文。

3、SCTP（流控制传输协议）协议

一种相对较新的协议，为了在因特网上传输电话信号而设计的。《Linux高性能服务器编程》里面并没有讲。

4、DNS 工作原理

DNS是一台分布式的域名服务系统。每个DNS服务器上有大量机器名和IP地址的映射，且动态更新。

4.1 DNS 查询和应答报文格式

报文格式如下图所示：
在这里插入图片描述

16位标识字段：用于标记一对DNS查询和应答，以此区分一个DNS应答是哪个DNS查询的回应。
16位标志字段：用于协商具体的通信方式和反馈通信状态。16位标志字段的细节如下所示：
- ——QR：查询 / 应答标志。0表示这是个查询报文，1表示这是应答报文。
- ——opcode：定义查询和应答的类型。0为标准查询，1为反向查询(IP到域名)，2为请求服务器状态。
- ——AA：授权应答标志。仅由应答报文使用。1标识域名服务器是授权服务器。
- ——TC：截断标志，仅当DNS保温使用UDP服务时使用。UDP数据报有长度限制，过长的NDS报文将被截断。1标识DNS报文超过512字节，并被截断。
- ——RD：递归 / 迭代查询标志。1表示执行递归查询，0表示执行迭代查询。
- ——RA：允许递归标志。仅由应答报文使用，1表示DNS服务器支持递归查询。
- ——zero：未被使用，必须全设置为0。
- ——rcode：4位返回码，表示应答状态。常用值有0（无错误）和3（域名不存在）
接下来的4个16位的字段分别指出DNS报文的最后4个字段的资源记录数目。对查询报文而言，一般包含1个查询问题，而应答资源记录数、授权资源记录数和额外资源记录数则为0.应答报文的应答资源记录数则至少为1，而授权资源记录数和额外资源记录数可为0或非0。
下面的内容直接截图了，不敲了。

5、IP 协议

5.1 IP分片

分片可能发生在发送端，也可能发生在中专路由器上，而且可能在传输中被多次分片，但只有在最终的目标机器上，这些分片才会被内核中的IP模块重新组装。

IP分片实验：
在这里插入图片描述

5.2 IP 路由

IP协议的核心任务是数据报的路由，即，决定发送数据包到目标机器的路径。为了理解IP路由过程，下面先分析IP模块的基本工作流程。

① IP模块工作流程

在这里插入图片描述

② 路由机制

要研究IP路由机制，要先了解路由表的内容。可以直接使用route命令查看路由表。
在这里插入图片描述

③ 路由表更新

在这里插入图片描述

④ IP转发

一般来说，路由器都能转发数据报，而主机只能接收/发送数据报，不能转发。这是因为主机上proc/sys/net/ipv4/ip_forward内核参数默认被设置为0。可以通过修改它使主机能转发数据报。
在这里插入图片描述

5.3 ICMP 重定向

① 什么是重定向？

假设一主机A，一路由器B，他们在一个网络中。
A给另一个网络中的主机发送数据报，数据先被传到了B，但是B给不到那个主机所在的网络。但是他知道发送给哪个路由器可以给到。所以，他就给A发送一个ICMP重定向报文，里面有那个路由器的IP，告诉A，你发到另一个路由器。并且还能更新A的路由表。

重定向过程：
在这里插入图片描述

综上，重定向有两个功能：

告诉源主机正确的路由器IP地址
更新源主机的路由表

② ICMP 重定向报文

在这里插入图片描述

ICMP重定向报文的类型值为5.
代码字段有4个可选值，用于区分不同的重定向类型，这里只重点讨论主机重定向，其值为1。

接收ICMP重定向报文的主机根据这两个信息就可以断定引起重定向的IP数据包应该使用哪个路由器转发，并且以此来更新路由表。

/proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects内核参数指定是否允许发送ICMP重定向报文，而/proc/sys/net/ipv4/conf/all/accept_redirects内核参数指定是否允许接收ICMP重定向报文段。一般来说，主机只能接收，路由器只能发送。