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系统与网络安全------网络通信原理（4）

article 2026/1/26 5:27:34

资料整理于网络资料、书本资料、AI，仅供个人学习参考。

网络层解析

IP

网络层概述

  • 位于OSI模型第三层
  • 作用

定义网络设备的逻辑地址，俗称网络层地址（如IP地址）

在不同的网段之间选择最佳数据转发路径

  • 协议

IP协议

IP数据包格式

  • 网络层的所有功能，都是通过该层的诸多协议实现的
  • 目前网络中，主要的网络层协议是IP协议
  • IP数据报是可变长度的，它由两部分组成：首部和数据

首部由两部分组成：固定部分和可变部分

固定部分20字节，可变部分由一些选项组成，最长40字节

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IP地址解析

  • 网络地址

主机位全为0的IP地址

表示的是一个网络范围，仅仅表示一个区域，不代表任何一个主机

例如：192.168.1.0 255.255.255.0 是网络地址

  • 广播地址

主机位全为1的IP地址

表示的是一个网络范围内的所有主机/设备

例如：192.168.1.255 255.255.255.0 是广播地址

  • 可用IP地址范围及广播地址

在这里插入图片描述

网络层常见协议

ICMP协议解析

ICMP协议概述
  • 概述

ICMP（Internet Control Message Protocol），Internet控制消息协议

位于OSI模型第三层，即网络层

  • 作用

在IP网络中发送控制消息，反馈可能发生在通信环境中的各种问题，从而为网络连通性测试以及网络故障定位提供有效指示信息

  • 场景实例

当路由器收到一个不能被送到最终目的地的数据包时，路由器会向源主机发送一个ICMP主机不可达的消息

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ICMP协议应用
  • 测试工具 - Ping

测试两个设备之间的连通性

使用的是ICMP协议的数据包

  • 测试命令
ping 目标ip

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  • Echo Request ， 请求报文
  • Echo Reply ， 响应报文

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  • 常见的ping反馈结果

连接建议成功，Reply from 目标地址 … …

目标主机不可达， Destination host unreachable

请求时间超时， Request timed out

ARP协议解析

ARP协议概述
  • ARP（address resolution protocol）：地址解析协议

属于OSI模型第三层（网络层）

主要作用是：基于目标IP地址获得对应的目标MAC地址，从而完成数据帧的2层头部封装，实现数据的快速转发

  • ARP报文类型

ARP请求报文，源设备以广播的方式发送，向所有设备请求MAC地址

ARP回应报文，目标设备以单播的方式回应，直接返回给“源设备”

  • ARP核心工作表

ARP表，包含的是IP地址与MAC地址的对应关系条目

ARP条目分为静态和动态两种类型

动态ARP条目的存活时间是1200s

  • 任何设备发送数据的原理

任何设备在发送数据包之前，必须检查ARP表，查看包含去往目标IP地址时所使用的MAC地址

如果ARP表包含目标IP地址对应的条目，则使用目标MAC封装数据

如果ARP表不包含对应的ARP条目信息，则发送ARP请求，获得目标MAC

ARP工作原理
  • 设备刚开机时，ARP表是空的

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  • 主机10.1.1.1要与10.1.1.2通信，首先以广播方式发送ARP请求

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  • 所有主机都接收到10.1.1.1的ARP请求报文，但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并将10.1.1.1的MAC地址保存在自己的ARP表

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  • 主机10.1.1.1将10.1.1.2的MAC地址保存到ARP缓存中，然后就可以发送数据

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路由

路由原理

什么是路由
  • 将数据包从一个网段发送到另一个网段

需要依靠具备路由功能的设备来完成

常见的路由设备有路由器或三层交换机

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路由器如何工作
  • 根据路由表选择最佳路径

每个路由器都维护着一张路由表，这是转发数据包的关键

每条路由表记录指明了：到达某个子网或主机应从路由器的哪个物理端口发送，通过此端口可到达该路径的下一个路由器的地址

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路由表的形成
  • 路由表是在路由器中维护的路由条目的集合，路由表的根据路由表做路径选择，路由表是怎么形成的呢？
  • 直接网段

配置接口IP地址

并且接口状态up

  • 非直接网段

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路由的类型
  • 根据来源的不同，路由条目可以分为三种类型

通过链路层协议发现的路由称为直连路由

通过网络管理员手动添加的路由成为静态路由

通过动态路由协议自动发现的路由成为动态路由

静态路由配置

静态路由
  • 静态路由

由管理员手动配置添加，为单项条目

通信双方的路由器都需要配置路由，否则会导致数据包有去无回

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静态路由配置命令
  • 使用 ip route-static 命令

指定到达的目的网络

基本格式：

ip route-static 目标网络 子网掩码 下一跳

路由器转发数据分析

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配置默认路由

  • 默认路由

默认的目标网络为 0.0.0.0/0，可以匹配任何目标地址

只有路由表中找不到任何明细路由时，才会使用默认路由（缺省路由）

默认路由，可以手动添加，也可以让路由器动态学习

  • 默认路由配置命令
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳

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