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网络层作业

阐述IP协议的作用, 说明IP报文首部结构中各字段的作用

  • IP协议的作用: 为上层提供无连接的数据报服务
  • IP报文首部结构: image-20231110201922374image-20231110201958838
  • 版本(4bit): 规定了数据报的IP协议版本
    • 通过查看版本号, 路由器能够确定如何解释IP数据报的剩余部分
  • 首部长度(4bit): 确定IP数据报中载荷实际开始的地方
    • 由于大多数IP数据报不包含选项字段, 所以一般的IP数据报具有20字节的首部
  • 服务类型(8bit): 区别不同的服务
  • 数据报长度(16bit): IP数据报的总长度
  • 标识(16bit)、标志(3bit)、片偏移(12bit): 与IP分片有关(IPv6不允许在路由器上对分组分片)
  • 生存时间TTL(8bit): 用来确保数据报不会永远在网络中循环
    • 每当一台路由器处理数据报时候, 该字段的值-1, 当TTL==0时, 该数据报被丢弃
  • 协议(8bit): 指示IP数据报的数据部分应交给哪一个特定的运输层协议(TCP/UDP)处理
    • 仅当一个IP数据报到达其最终目的地时才会被使用
    • 6->TCP; 17->UDP
  • 首部校验和: 用于帮助路由器检测接收到的IP数据报中的比特错误
    • 路由器对每个收到的IP数据报计算器首部检验和, 如果数据报首部中携带的检验和与计算得到的检验和不一致, 则检测出是个差错
  • 源和目标IP地址: 当某源生成一个数据报时候, 它会在源IP字段中插入自己的IP地址, 在目标IP字段中插入其最终目的地址
  • 选项: 允许IP首部扩展, 但很少被使用
  • 数据

IP地址有什么作用? 什么是保留地址? 指出A、B、C三类IP地址各有哪些保留地址

  • IP地址的作用: 为每个连接在网络上的主机、路由器或其他设备分配一个在全世界范围内唯一的32位标识符
  • 保留地址: 也被称为私有地址, 各独立网络可以重复使用的IP地址, 即网络边界路由器不会像目标地址为这些保留地址的主机转发IP分组(即, 保留地址不会穿越内部网络)
  • A、B、C类IP地址中的保留地址:
  • A类: 10.0.0.0(1个)
  • B类: 172.16.0.0 - 172.31.0.0(16个)
  • C类: 192.168.0.0 - 192.168.255.0(256个)

某公司有一个C类地址: 192.16.12.0, 请进行网络规划: 划分7个子网, 且每个子网可容纳11台主机

  • 从最后8位中划分出7个子网地址
  • \(2^2<7<2^3\): 所以选择3位作为子网地址, 可以提供7个子网地址
  • 剩余5位, 共可以满足\(2^{5}-2=30\)个主机的需求, 所以可以满足子网11台主机的需求
  • 子网掩码为: 255.255.255.240(11110000)
  • 子网地址为32、64、96、....、224

已知IP地址: 192.168.23.35/21, 请说明其所属的网络前缀, 并给出该网络前缀所在CIDR地址块的范围

  • 所属的网络前缀: 192.168.16.0
  • 范围: 192.168.16.0 - 192.168.23.255

阐述ICMP协议的作用及其报文结构

  • ICMP协议的作用: 主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和查询报文以沟通网络层的信息
  • 报文结构:image-20231110211717425

在Windows中, 使用tracert可以实现路由追踪目的. 请说明tracert程序获得路由的原理, 以及说明tracert是如何知道发出的探测报文到达目的主机的

  • 原理:
  • 从TTL=1开始, tracert不断从源IP向目标IP发出类型为8代码为0的ICMP查询报文, 并主次增加TTL值
  • tracert根据不同TTL值时从各个路由器返回的TTL=0的差错报文, 就可以知道经过了哪些路由器
  • tracert是如何知道发出的探测报文到达目的主机的?
  • 当探测报文到达目的主机时，目的主机会发送一个报文回到源主机，告诉源主机这个探测报文已经到达

IP地址与MAC地址有什么区别

  • 功能：
  • IP地址用于在网络中唯一标识一个设备的位置，以便进行数据包的路由和传递。

  • MAC地址则是用于在局域网中唯一标识一个网络设备的物理地址，帮助设备在局域网中进行通信。

  • 网络层次：

  • IP地址是网络层（第三层）的地址，用于在全球范围内唯一标识一个设备在网络中的位置。

  • MAC地址是数据链路层（第二层）的地址，用于在局域网内唯一标识一个设备的物理地址。

  • 标识范围：

  • IP地址是在互联网上全球唯一的，用于区分不同的设备和网络。

  • MAC地址是在局域网内唯一的，用于在局域网内唯一标识一个设备。

  • 格式：

  • IP地址通常以IPv4或IPv6的格式表示
  • MAC地址通常以十六进制表示
  • 分配依据
  • MAC地址的分配是基于制造商, 由网络设备制造商生产时写在硬件内部
  • IP地址的分配是基于网络拓扑

阐述ARP协议的作用及其报文结构

  • ARP协议的作用: 将IP地址转换为MAC地址
  • 报文结构image-20231110213638207
  • 硬件类型: 发送方硬件接口类型
  • 协议类型: 发送方请求解析的协议地址类型
  • 协议地址长度: 发送方硬件地址长度
  • 协议地址长度: 请求解析的协议地址长度
  • 操作类型: 本报文的类型
    • 1: ARP请求
    • 2: ARP响应
    • 3: RARP请求
    • 4: RARP响应
  • 发送方硬件地址
  • 发送方IP地址
  • 接收方硬件地址
  • 接收方IP地址

禁用主机的ARP协议后, 最直观的现象是什么? 为什么?

  • 最直观的现象是无法进行局域网内的正常通信。这是因为ARP（Address Resolution Protocol）在局域网中的重要作用是将IP地址解析为MAC地址，以便设备之间进行通信。

免费ARP有什么作用

  • 地址冲突检测： 当设备在网络上启动时，它可能需要检查自己选择的IP地址是否已经被其他设备使用。通过发送免费ARP请求，设备可以检查是否有其他设备响应，从而判断所选择的IP地址是否已经被占用。

  • 快速网络恢复： 在网络出现故障或拓扑变化时，设备可以发送免费ARP消息来通知其他设备更新其ARP缓存。这有助于网络中的其他设备更快地了解到网络拓扑的变化，而不必等待标准ARP请求/响应的周期。

  • IP地址迁移： 当设备更改其IP地址时，可以发送免费ARP消息来通知网络中的其他设备更新其ARP缓存。这对于设备更改IP地址并希望快速通知其他设备的情况很有用。