文章目录
- 前言
- 一、IP协议
- 1 IP协议基本特点
- 2 IP数据报的格式
- 3 IP地址
- 4 IP数据报的转发
- 4.1 子网
- 4.2 计算机发出IP数据报
- 4.3 路由器转发IP数据报
- 5 IP地址的分配
- 6 双网卡的设置与应用
- 6.1 双网卡的设置
- 6.2 双网卡计算机成为交换机
- 6.3 双网卡计算机成为NAT路由器
- 6.4 代理服务器的设置
- 总结
前言
ip 和arp，icmp分析
一、IP协议
1 IP协议基本特点
不可靠、无连接。
2 IP数据报的格式
1. 版本（4位） 2. 首部长度（4位） 单位4字节，为什么？ 3. 区分服务（8位） 以前叫做服务类型，说明此IP数据报对路由器的要求，但很少使用。最后两位为ECN，由RFC 3168规定，是路由器对接收计算机的显式拥塞通告。 4. 总长度（16位）。 单位为字节，死亡之ping，ping –l命令。 5. 标识（16位）、6.标志（3位）、7.片偏移（13位） 这3个字段用于分片与还原。MTU（最大传输单元）：帧的数据部分长度上限。如果IP数据报超过此值，则需要分片，分片可以发生在发送计算机，也可以发生在路由器，在最终的接收机还原。 分片只分数据部分。 标识：每发送一个IP数据报就加1，若干分片的此字段相同，可以知道属于同一IP数据报。 标志：左边一位未用，中间一位DF（1：不能分片，0：能分片），右边一位MF**（1：后面还有分片，0：后面没有分片了，这是最后一片）。** 片偏移：指明分片在原IP数据报中的位置。单位是8字节，为什么？ 例子：原数据报20 3980字节。
泪滴攻击。 8. 生存时间（8位） TTL具有不同的初值，Linux为64，Windows 10为128，Unix则为最大值255。 9. 协议（8位） 起分用作用，与以太网帧中的类型字段功能类似，ICMP为1，TCP为6、UDP为17。 10. 首部检验和（16位） 只包括首部，检验和置0，将首部划分为多个16位相加，结果取反。接收方检验和不置0，同样计算，结果为0说明正确。 11. 源IP地址 12. 目的IP地址 13. 选项与填充 如果选项不是4字节的整数倍，必须填充至4字节的整数倍。
3 IP地址
IP地址被设计为两部分：左边一部分指明该计算机所在的网络，叫做网络号，右边一部分指明该计算机，叫做主机号。网络号因为在IP地址的前边，所以也叫做前缀（prefix）。为指明计算机所在的网络，IP地址划分为网络号与主机号非常重要，无论是路由器，还是一般计算机都利用这一特性进行通信。
确定网络号与主机号的长度的方法是使用子网掩码（subnet mask）。 子网掩码的长度也是32位，左边部分全是1，右边部分全是0，1的位数与网络号相同。一个IP地址总是与一个子网掩码配对出现，根据子网掩码就能确定网络号与主机号的长度了。
掩码有2种写法：255.255.255.0=/24 特殊IP地址： 1. 主机号全为0与全为1的IP地址，主机号全为0代表这个网络，叫做网络IP地址，主机号全为1则是广播IP地址。主机号全为0与全为1的IP地址因为有特殊的含义，所以不能再分配给计算机。 2. 范围为127.0.0.1～127.255.255.254的IP地址是环回地址，都是指本计算机，其中第1个IP地址127.0.0.1最为常用。 3. 私有IP地址或专用IP地址（private IP address），分为4块：10.0.0.0～10.255.255.255、172.16.0.0～172.31.255.255、192.168.0.0～192.168.255.255、169.254.0.0～169.254.255.255。 4. 第4块169.254.0.0～169.254.255.255非常特殊，叫做自动私有IP地址，当一台计算机设置为使用DHCP协议自动获得IP地址的时候，在自动获得IP地址失败（如没有DHCP服务器）的情况下，计算机会自动为自己分配一个自动私有IP地址。与私有地址对应，那些必须申请才能使用的IP地址叫做公有IP地址或公网IP地址（public IP address）。
4 IP数据报的转发
4.1 子网
一般认为，由二层交换机连接的计算机组成一个网络，称为一个子网（网段），由路由器连接的，则不是同网络（子网、网段）。一个网络是一个广播域。 同一个子网内所有计算机的网络号相同，而路由器不同接口的网络号不同，两个路由器直接相连的接口通常也组成一个网络。
IP地址为1.1.1.1/24、1.1.1.2/24与1.1.1.3/24的3台计算机都属于子网1，子网1的IP地址则是1.1.1.0/24。1.1.1.255是子网1的广播IP地址，假设计算机1.1.1.1发出目的IP地址为1.1.1.255的广播IP数据报，这些IP数据报会到达子网1内的所有计算机，但不能到达其他子网的计算机。 一个问题：先用路由器连接好不同的网络，网络的物理结构就确定了，而IP地址是可以随意设置的，**让一台计算机IP地址的网络号与子网内其他计算机的不同，会发生什么情况？**如上图所示，子网3中的一台计算机的IP地址为4.4.4.1，与其他计算机IP地址的网络号不同，这台计算机能与其他计算机正常通信吗？路由器A与B的每个接口的IP地址都不相同，而且网络号一定要与本子网的网络号相同，如果不这样设置，路由器会无法正常工作，这又是为什么？
4.2 计算机发出IP数据报
一台计算机配置IP协议属性时，需要设置IP地址、子网掩码与默认网关。有两种情况**：一是发送计算机与接收计算机在同一子网内**，二是发送计算机与接收计算机不在同一子网内。利用子网掩码与自己的IP地址与目的IP地址分别相“与”，就能区分这两种情况。 1．发送计算机与接收计算机在同一子网内 例如，计算机1.1.1.1向1.1.1.2发送一个IP数据报。1.1.1.1、1.1.1.2和子网掩码255.255.255.0与运算的结果都是1.1.1.0**，这说明它们在同一个子网内**。1.1.1.1在IP数据报与以太网帧的地址字段分别填写上自己与1.1.1.2的相关信息，如下图所示。这样的数据发送到网络上，就会顺利地由1.1.1.2接收处理。
2．发送计算机与接收计算机不在同一子网内 这种情况比较复杂，例如，计算机1.1.1.1向3.3.3.1发送一个IP数据报。1.1.1.1、3.3.3.1和子网掩码255.255.255.0与运算的结果不相同，前者是1.1.1.0，后者是3.3.3.0，这说明它们不在同一个子网内。1.1.1.1先把IP数据报发给路由器A，路由器A再转发给路由器B，最后路由器B再转发给3.3.3.1，这中间经过了两个路由器与3个子网。每经过一个路由器，该路由器的输入接口会拆封进入的帧，得到IP数据报，再转发到输出接口，输出接口则把IP数据报封装为一个新的帧，再发送出去。这样就产生了3个不同的以太网帧，各帧的地址情况如下图所示。从图中可以看出，IP数据报在传输过程中，源IP地址与目的IP地址始终不变，路由器就根据目的IP地址转发。
4.3 路由器转发IP数据报
路由器根据路由表转发IP数据报，下面以下图为例解释。图中两台路由器A与B各有4个接口，连接了多个网络，网络1到网络4都有200台计算机，它们的网络IP地址分别是1.1.1.0/24、2.2.2.0/24、3.3.3.0/24、4.4.4.0/24。路由器A接口3的IP地址是5.5.5.1，路由器B接口3的IP地址是5.5.5.2。
路由表有两列最基本的数据：**目的IP地址与下一跳。路由器A的路由表如下表所示，第1行的含义是对于目的IP地址为1.1.1.1的IP数据报，应该发往接口1，其他行依次类推。路由器转发IP数据报时先查找路由表，再根据查询结果把IP数据报发往不同的接口。路由器B中也有类似的路由表。
理论上，世界上每一台计算机都要在路由表中占一行，路由表可能会有数十亿行。路由器需要多大的内存才能容纳下这样大的路由表？查询一次又需要多长时间？ 为解决这个难题，路由表一般只记录网络的IP地址（当然记录某台计算机的IP地址还是允许的），路由表得以大大缩小。此时还应记录网络IP地址的子网掩码，以搞清网络号的长度。在下表中，前4行就匹配了4个网络中所有的计算机，如3.3.3.1将匹配第3行，应该转发到接口3去。
缩小路由表的另一个办法是增加一行默认路由，表4.4中最后一行就是默认路由，它的含义是与其他行都不匹配的IP数据报都将转发到接口4去。默认路由应该最后使用，只有与其他所有行都不匹配时，才能使用默认路由，如6.6.6.6就匹配默认路由，应该转发到接口4去。 目的IP地址可能匹配路由表中的两行或更多行。例如，1.1.0.0/16转发到接口1，1.1.1.0/24转发到接口2，目的IP地址1.1.1.1与这两行都匹配。这时应该使用最长前缀匹配规则，网络号越长，地址就越具体，就像寄信，**知道收信人在山东省淄博市后，就直接把信送到淄博市邮政局，没有必要再送到山东省邮政局。
5 IP地址的分配
某单位申请到一个IP地址块，地址块内所有IP地址的网络号都是相同的，实际上就代表了一个子网，该单位可以在这个子网内再划分更小的子网。假设这个地址块的网络IP地址是1.1.1.0/24。 在分配IP地址之前，要做规划。最主要的原则是考虑到以后的发展，要留上足够的未分配IP地址。要划分为4个子网，每个子网中计算机的最大数量分别是100、50、25、25。
在外部的路由器的路由表中，这4个子网可以占有4项，其实也可以占有一项，即1.1.1.0/24。也就是说，在外界看来，这4个子网其实是一个子网，这叫做路由聚合或地址聚合，“超网”的概念就是这样来的。
6 双网卡的设置与应用
6.1 双网卡的设置
当一台计算机安装两块网卡时，需要进行相关的设置，下面按不同情况加以说明。 1．两块网卡不同时使用 若是两块网卡不需要同时使用，就要禁用一块，只启用另一块，两块网卡的属性各自设置，互不相关。如果两块网卡同时启用，可能无法正常工作。 2．两块网卡同时启用，但其中一块网卡的一侧只有一个子网 如图8.53所示，计算机A同时连入子网192.168.1.0/24与1.1.1.0/24，并通过1.1.1.0/24接入互联网，现在很多单位中，计算机同时接入互联网与单位内部网，就是这种情况。这时要在每个网卡上设置IP地址与子网掩码，注意IP地址的网络号要与其所属子网的网络号相同，即网卡1设置为类似于192.168.1.1/24的IP地址，网卡2设置为类似于1.1.1.1/24的IP地址。另外仅在网卡2上设置默认网关，在网卡1上不要设置默认网关，这样计算机A仅在访问子网192.168.1.0/24时使用网卡1，其他所有情况下都使用网卡2。
3．两块网卡同时启用，每块网卡的一侧都有多个子网 如图8.54所示，计算机A同时连入子网210.44.176.0/24与1.1.1.0/24，并通过210.44.176.0/24接入教育网，又通过1.1.1.0/24接入公众网。要在每个网卡上设置其所属子网的IP地址与子网掩码，同时在网卡2上设置默认网关，这个默认网关就成为路由表中的默认路由，用来访问公众网。
所有网卡共用一个路由表，路由表只能有一个有效的默认路由，所以在网卡1上不能再设置默认网关。为了访问教育网，必须在计算机A中添加路由，使得发往教育网的数据从网卡1发出，而不是从网卡2发出。教育网的规模远小于公众网，只需在路由表中添加不到100条的路由。若是在网卡1上设置默认网关，则需要在路由表中添加公众网的路由，公众网的路由太多，根本无法添加。Windows在图形界面下无法添加路由，必须使用route命令添加，假设子网210.44.176.0/24中网关的IP地址是
210.44.176.254，可用下列命令添加永久路由： route -p add 210.44.0.0 mask 255.254.0.0 210.44.176.254 route -p add 210.46.0.0 mask 255.254.0.0 210.44.176.254 route -p add 210.64.0.0 mask 255.254.0.0 210.44.176.254 route -p add 210.66.0.0 mask 255.255.0.0 210.44.176.254 …
命令中的地址块都是教育网的地址块，这些地址块不到100个。
6.2 双网卡计算机成为交换机
安装两块网卡后，计算机可以作为二层交换机使用，但是必须安装相关软件，Windows已内置了这样的软件。打开“控制面板”窗口，双击“网络连接”图标，出现“网络连接”窗口。单击一个网卡连接图标后，按住Ctrl键再单击另一个网卡连接图标，可以同时选中两个网卡连接图标，右击其中的一个，出现如图8.55所示的快捷菜单，选择“桥接”菜单项，稍候会出现“网络桥（网络桥）”连接图标，如图8.56所示。这里的网络桥就是指二层交换机，现在这台计算机已经可以作为二层交换机使用，不过只有两个接口，也可以安装更多的网卡，会成为更多接口的交换机。
右击“网卡1”连接图标，在其快捷菜单上选择“属性”菜单项，出现如图8.57所示的“连接属性”对话框，与未建立网络桥时相比，这时没有了IP地址等很多属性。右击“网络桥（网络桥）”连接图标，其快捷菜单与单个网卡连接的快捷菜单相同，选择“属性”菜单项，出现如图8.58所示的“连接属性”对话框。在上部的列表框中，列出了网络桥中的网卡，不选中复选框，会使该网卡从网络桥中退出；选中复选框，会使该网卡加入到网络桥中。“连接属性”对话框的其他部分与单个网卡连接的完全相同，也可以设置IP地址等属性**。网络桥的多个网卡共用IP地址、默认网关等属性，建立网络桥的计算机仍可以作为一般计算机使用，网络桥的属性就代表该计算机的属性。**
网络桥有什么用处呢？二层交换机有什么用处，网络桥就有什么用处，只不过网络桥只有两个接口。下面介绍网络桥的两种主要应用： 1．有线连接 假设网络桥中的网卡都是有线网卡，这时的网络桥与二层交换机的作用是完全一样的。如图8.59所示，计算机A安装了两块网卡，网卡1连接到计算机B，网卡2连入子网1.1.1.0/24，在A上设置好网络桥后，A与B就都连入网络了。既然网络桥相当于二层交换机，所以B的IP地址，以及A上网络桥的IP地址一定要设置在子网1.1.1.0/24内。这种情况在家庭与办公室中经常碰到，一台计算机已经连网，另一台计算机也需要连网，可是一般用户根本不知道交换机在哪里，就是知道也需要重新布线，这时就可以使用网络桥。
另一种情况**是3台计算机互联，如图8.60所示。计算机B连接在计算机A的网卡1上，计算机C连接在A的网卡2上，在A上设置网络桥，3台计算机就互联在了一起。B与C的IP地址，以及A上网络桥的IP地址一定要设置为同一个子网。**在没有交换机的情况下，使用网络桥是一种应急的好办法。
2．无线连接 图8.59与图8.60中的计算机也可以通过无线网卡进行连接。现在的很多计算机，如笔记本电脑，都同时内置了有线网卡与无线网卡，网络桥非常容易实现，根本不需要另外安装网卡，只不过无线网卡间相连时要使用自组织（Ad hoc）方式。注意：自组织无线局域网中可以有多台计算机，包含无线网卡的网络桥可以成为无线AP，如图8.61所示。笔记本电脑A安装有无线网卡与有线网卡，有线网卡连入子网1.1.1.0/24，无线网卡则与其他3台笔记本电脑组成自组织无线局域网，只需在A上设置好网络桥，所有的笔记本电脑就都连入网络了。当然，所有笔记本电脑的IP地址都要设置在子网1.1.1.0/24内。
图8.61 笔记本电脑A成为AP
6.3 双网卡计算机成为NAT路由器
安装两块网卡后，计算机还可以作为NAT路由器使用，当然必须安装相关软件，Windows已内置了这样的软件。如图8.62所示，计算机A安装了两块网卡，网卡1连接到计算机B，网卡2使用PPPoE连入互联网，很多家庭就是这种情况。在Windows中如何设置才能让A与B都上网呢？
在计算机A的“网络连接”窗口中，建立PPPoE连接“淄博联通”后，右击“淄博联通”图标，在其快捷菜单上选择“属性”菜单项，出现“连接属性”对话框，选择“高级”选项卡，如图8.63所示。在“Internet连接共享”选项区域中，选中“允许其他网络用户通过此计算机的Internet连接来连接”复选框，在“家庭网络连接”下拉列表框中，选择“网卡1”，因为计算机B连接在网卡1上。
单击“确定”按钮，出现如图8.64所示的对话框，意思是网卡1的IP地址被改为了192.168.0.1/24，同时本计算机还启用了DHCP服务器，计算机B应该设置成自动获取IP地址，从本计算机获取192.168.0.0/24子网的IP地址。微软把用户都当成了傻瓜，但是对于掌握了相关知识的读者来说，根本不需要这样，只要把A的网卡1的IP地址，以及B的IP地址都设置在同一子网内，并且B的默认网关是A的网卡1的IP地址，就可以了。单击“是”按钮，如图8.65所示，“淄博联通”图标下面多了一只小手，说明它已被共享。计算机B的数据经过这个共享的连接时，都经过动态NAT转换，从而可以上网。
在图8.62中，另一种情况是计算机A不使用PPPoE，而是直接接入互联网，很多学校的学生宿舍就是这种情况。这时在网卡2上也可以进行Internet连接共享的操作，具体设置与PPPoE连接的基本相同。
6.4 代理服务器的设置
代理服务器作为客户机与服务器之间的中转站，接收客户机的请求，把请求转发给服务器；再接收服务器的响应，把响应转发给客户机。代理服务器提供应用层级别的代理，支持的应用层协议不同，能够中转的应用层数据就不同，有的只能中转HTTP协议数据，有的只能中转FTP协议数据，有的则能中转多种应用层协议的数据。 代理服务器可以是双网卡，也可以是单网卡。如图8.66（a）所示，代理服务器A安装了两块网卡，网卡1连接客户机B，网卡2则接入互联网；在图8.66（b）中，代理服务器A与客户机B、C连接在交换机上，再接入互联网。没有交换机时，例如在家里，可以使用双网卡代理服务器；当客户机很多时，就要使用交换机把客户机与代理服务器连接起来。因为代理服务器提供应用层级别的代理，所以客户机可以与它的代理服务器不在同一个子网内，例如，一台位于中国的客户机可以使用位于美国的代理服务器。互联网上目前有很多代理服务器，而且其中有些是免费的，可以自由使用。
要使用代理服务器，用户必须在客户程序上做相应设置。以IE浏览器为例，打开IE浏览器为窗口，打开“工具”菜单，选择“Internet选项”菜单项，出现“Internet选项”对话框，如图8.67所示，选择“连接”选项卡，单击“局域网设置”按钮，出现如图8.68所示的对话框。在“代理服务器”选项区域中，选中“为LAN使用代理服务器（这些设置不会应用于拨号或V**连接）”复选框，在“地址”文本框中输入代理服务器的IP地址或主机名，在“端口”文本框中输入代理服务器的端口号。单击“确定”按钮，设置完毕。当访问某个网站时，代理服务器会在浏览器与网站间转发HTTP请求与HTTP响应。
在代理服务器上，必须安装代理服务器软件，Windows中没有内置这类软件，下面介绍江苏省盐城亿特软件有限公司推出的亿特代理服务器软件。亿特代理服务器有多种版本，可以从http://www.yitsoftware.com下载，其中免费版不收取任何费用，而且功能满足一般用户的需要。亿特代理服务器运行界面如图8.69所示，窗口中显示的是代理服务器的数据流量，“控制”菜单中的“启动服务”与“停止服务”菜单项可以启动与停止代理服务。
下面介绍亿特代理服务器的设置方法，打开“设置”菜单，选择“代理设置”菜单项，界面如图8.70所示，从下面的选项卡可以看出，亿特代理服务器支持HTTP、Socks、FTP、SMTP、POP3、RTSP、MMS等多种协议。各协议的设置基本相同，下面以HTTP协议为例说明：
（1）“服务端口”是HTTP代理所使用的端口号，浏览器可以使用该端口号与代理服务器建立TCP连接，该端口号要设置在图8.68中的“端口”文本框中。 （2）若选中“使用上级代理服务器”复选框，则亿特代理服务器还将使用代理服务器，叫做上级代理服务器。 （3）若选中“使用缓存”复选框，则亿特代理服务器会缓存从网站接收到的网页，浏览器再次请求时可直接发送给浏览器，不必再访问网站，提高了效率。 （4）在“上级代理设置”选项区域中，上级代理有两种选择**，一是HTTP代理，二是Socks5代理，Socks是一种代理协议，目前广泛使用的是第5版。** （5）若选中“使用上级代理服务器”复选框，就要在“服务器地址”与“服务器端口”文本框中输入上级代理服务器的IP地址与端口号。 （6）有时上级代理服务器需要身份验证，就要选中“需要身份验证”复选框，并在“用户名”与“密码”文本框中输入用户名与密码。
在“设置”菜单中选择“其他设置”菜单项，界面如图8.71所示。在“其他设置”选项区域中，当启动代理服务时，选中前面复选框的协议代理会启动，不选中的协议代理不会启动。在“界面设置”选项区域中，“采样间隔（秒）”文本框中的内容是显示图8.69中数据流量的时间间隔，“曲线基数（Bps）”文本框中的内容是数据流量曲线的单位。
亿特代理服务器免费版几乎没有管理功能，有些代理服务器有强大的管理功能，例如，可以使用户能访问某些网站，而不能访问某些网站；可以使用户在某个时间段内能上网，而其他时间不能上网；可以过滤屏蔽某些敏感数据等。
总结
ip协议非常厉害，运行在网络层，他知道你的ip号，然后来来回回穿梭路由器之中，根据路由表找门路。
