1_IP网络基础知识总结文档.doc

拓扑发现相关技术介绍1 OSI开放系统基础知识1.1 几个关键术语著名的开放系统互连OSI中，OSI的任一层都可以与其它三个层进行通信，即其上一层、下一层以及与它通信的系统的对等层。下面是OSI通信中常用的术语。1、 原语（primitive）原语是OSI系统内相邻层之间对话的基础。原语有请求、指示、响应和证实四种类型。原语可包含一定的信息和附加参数。（1） 请求原语（request）由（N+1）实体发往（N）实体，表示（N+1）实体请求（N） 实体提供指定N服务。（2） 指示原语（indication）由（N）实体发往（N+1）实体，用以通知（N+1）实体发生的事情。（3） 响应原语（response）由（N+1）实体发往（N）实体，表示对（N）实体最近一次送来指示的响应。（4） 证实原语（confirm）由（N）实体发往（N+1）实体，表示该（N+1）实体完成服务。下面给出了这几个原语的示意图：说明：原语和我们常说的“发消息”是 有本质区别的。2、 数据单元数据单元是OSI系统内服务、协议进行通信时作为信息传递的单位。常用的数据单元有如下几种：（1） 服务数据单元SDU（Server Data Unit）SDU是相邻层实体间传递信息的数据单元，一般将（N+1）层与（N）层之间传递的服务单元记为（N）SDU。（2） 协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）PDU是对等层实体间传递信息的数据单元，一般将（N）层协议数据单元记为（N）PDU。SDU与PDU之间的关系为：l 上层PDU即为本层SDU，即：（N+1）PDU=（N）SDU；l 某层的SDU加上该层的协议控制信息PCI（Protocol Control Information）就是该层的PDU。即：（N）PDU =（N）SDU +（N）PCI。（3） 接口数据单元IDU（Interface Data Unit）相邻层实体间通过层间服务访问点（SAP）一次交互信息的数据单元。一般将（N）层接口数据单元记为（N）IDU。1.2 七层模型说明： 1) 每一层包含一组协议，以及相应的语法、语义和交换规则2) 每层实现一组特定的通信功能，逻辑上相对独立3) 每一层代表着本层和底下所有各层的通信功能，并为上层提供通信服务1.3 物理通信图 说明：（1） 物理通信：是通信进行的真实路径，从发送主机的上层逐层向下传递，经通信介质和通信子网送达目标主机，然后在目标主机中逐层向上传递。（2） 物理通信是由主机和网络设备中的逐层通信及通信子网中的逐点通信组合而成，因此物理通信具有间接通信属性1.4 逻辑通信图说明：（1） 逻辑通信：位于不同主机和网络设备中同层通信实体间的对话，对话遵循某一特定协议，且每层协议各不相同（2） 传输层及以上层不同主机通信实体间的逻辑通信是直接点对点的通信， 下3层中主机与路由器和路由器与路由器之间的通信也是直接通信，且同 层通信协议不尽相同1.5 数据封装图说明：（1） 每一层都有自己的数据单元（2） 由上往下传递时，用下层协议为上层数据层层打包；而由下向上传递时则层层拆包（3） 每一层的通信实体看到的是同一子系统中对等实体送来的包1.6 TCP/IP分层模型说明：（1） TCP/IP协议定义了网络层、传输层和应用层共3层，但应用层覆盖了OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层（2） 数据链路层实际上分成了LLC和MAC两层：主要是为了屏蔽各个硬件（如网卡）的差异性，LLC层完全一样，各个硬件实现自己的MAC层。网络层数据链路层物理层LLCMAC逻辑链路控制子层介质存取控制子层 介质接入控制层MAC地址：生产商号码 系列号 24 bits24 bitsROMRAM0000.0c12.3456MAC 地址在出厂时写到网卡 ROM 中（3） 各个设备概念结构 2 拓扑发现涉及到的相关协议2.1 IP ip数据报格式说明：（1） IP层是通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输服务（2） TTL：生存时间，这个字段非常有用，是traceroute实现原理（3） IP包在网络转发过程中，源和目的IP是永远不会改变，但是传输过程中MAC地址是随时改变的，根据当前的设备决定MAC地址2.2 ICMP（ping/traceroute）ICMP两大作用，首先是用于传输差错报文，其次就是用于传输控制报文。主要目的提供了一种差错报告机制，用于网络故障诊断，典型的两大应用就是ping/traceroute功能，ICMP报文格式如下：类型代码校验和不同类型的报文具有不同的报文格式，另外ICMP报文又是封装在IP数据报中进行发送的，其格式如下：ICMP数据ICMP头标IP报头IP 数 据 区ICMP定义了以下主要的消息类型 目的端无法到达（Destination unreachable） 数据分组超时（Time exceeded） 数据分组参数错（Parameter problem） 源抑制（Source quench） 重定向（Redirect） 回声请求（Echo） 回声应答（Echo reply） 时间戳请求（Timestamp） 时间戳应答（Timestamp reply） 信息请求（Information request） 信息应答（Information reply） 地址请求（Address request） 地址应答（Address reply）2.3 ARP地址解析协议 （1） 源主机A要向目的主机B发送数据，为什么主机A除知道目的主机B的IP地址外，源主机A还必须要知道目的主机B的MAC地址？ IP地址具有全网范围内的寻址能力，主机A和B可能分别处在不同网络，主机A要访问主机B首先要知道主机B的IP地址，不然找不到主机B所在的网络； 在现行寻址机制中，主机的以太网网卡只能识别MAC地址，而不能识别IP地址，若数据帧中不指明主机B的MAC 地址，主机B的网卡不能识别该帧是发给自己的，因此主机A仅知道主机B的IP地址还不够，还必须知道主机B的MAC地址，才能完成对主机B的访问；网络之间是用IP地址寻址，网络之内（同一物理网段或称IP子网）是用MAC地址寻址； 且尽管MAC地址和IP地址一样都是在全网范围内唯一定义的，但MAC的寻址能力仅局限在一个物理网段（一个IP子网）中。（2） 主机A如何通过主机B的IP地址解析得到主机B的MAC地址？ ARP（Address Resolution Protocol）主要任务就是根据IP析对应的MAC地址 （1）源主机A与目的主机B位于同一物理网段 （2）源主机A与目的主机B位于不同物理网段 （3） 当主机A不知道主机B的MAC地址时是通过发送ARP request广播包获取主机B的MAC地址，然后再向主机B发送数据帧，为什么不可直接用广播的方式将数据帧发送给主机B？ 在网中每次都以广播方式传送数据帧是低效的，因网中每一台 主机都要花费一定的代价去处理广播包，所以不直接用广播方式 发送数据帧。 为提高地址解析的效率，每一台主机都必须在本地建立一张ARP cache表，记录本地子网中所有主机包括路由器的IP地址和MAC 地址的对应关系（4） 主机本地ARP cache表的建立和维护 通过发送和接收ARP request包获取对方的IP和MAC地址； 接收网上任一ARP request 广播包，取得发送主机的IP和MAC地址； 为ARP cache中每一表项设定生存时间，以防某台主机的IP地址 或MAC地址发生变更（动态更新）（5） ARP 解析过程 主机A向主机B发送数据前，根据主机B的IP地址首先查找本地的 ARP cache表，若查到则向主机B发送数据； 若主机A在本地没查到主机B的MAC地址，则发ARP request广播 包，从ARP reply 包中获取主机B的IP和MAC地址并存入本地ARP cache表中，然后才向主机B发送数据（6） ARP地址解析和数据包在网间的传递2.4 RARP反向地址解析协议 1) 主要功能： RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据给定主机的MAC地址获取该主机的IP地址；2) 适用范围： RARP一般仅适用于无盘工作站在启动时获取自身IP地址。 通常主机将自己的IP地址存放在硬盘中，无盘工作站因为没有 盘无法记忆自己的IP地址。所有无盘工作站的IP地址由RARP服务器集中保存，无盘工作站启动时通过发送RARP请求，从RARP服务器获得自己的IP地址；3) 限制条件： RARP的应用仅局限在一个物理网段内（不能跨越路由器等第三层设备），因无盘工作站和RARP服务器之间的通信仅依赖于双方的MAC地址，故无盘工作站和RARP服务器必须位于同一子网内。4) 反向解析过程： 2.5 ARP/RARP报文格式3 网络中的两种寻址方法地址是网络设备和主机的标识，网络中存在两种寻址方法：MAC地址和IP地址，两种寻址方法既有联系又有区别。1) MAC地址特点： 是设备的物理地址，位于OSI参考模型的第2层，全网唯一标识，无级地址结构（一维地址空间），固化在硬件中，寻址能力仅限在一个物理子网中。2) IP地址特点：是设备的逻辑地址，位于OSI参考模型的第3层，全网唯一标识，由软件设定，具有很大的灵活性，可在全