A模块 系统与网络安全 第三门课 网络通信原理-3

今日目标

  • IP数据包格式
  • IP地址解析
  • 网络层常见协议
  • 路由原理和配置
  • 路由器转发数据分析
  • 配置默认路由

1 IP数据包格式

1.1 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P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

1.2 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
    在这里插入图片描述
  • IP数据包是可变长度的，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
    在这里插入图片描述

2 网络层IP地址解析

2.1 网络与广播地址

  • 网络地址
    √主机位全为O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：192.168.1.0255.255.255.0，是网络地址

  • 广播地址
    √主机位全为1的1P地址
    √表示的是一个网络范围内的所有主机/设备
    √例如：192.168.1.255255.255.255.0，是广播地址

2.2 可用P地址

  • 可用引P地址范围及广播地址
    192.168.1.00000000=192.168.1.0 网络地址
    192.168.1.00000001=192.168.1.1
    192.168.1.00000010=192.168.1.2
    192.168.1.00000011=192.168.1.3
    …
    192.168.1.11111110=192.168.1.254 有效主机地址
    192.168.1.11111111=192.168.1.255 广播地址

3 网络层常见协议

3.1 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
  • 场景示例
    √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CMP主机不可达的消息
    在这里插入图片描述

3.2 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

在这里插入图片描述

  • Echo Request,请求报文
  • Echo Reply,响应报文
    在这里插入图片描述
  • 常见的ping反馈结果
    √连接建立成功，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.

3.3 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P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

3.3 ARP工作原理

  • 设备刚开机时，ARP表是空的
ARP Cache
Internet Address			Physical Address			Type

在这里插入图片描述

  • 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
    在这里插入图片描述
  • 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
    在这里插入图片描述
  • 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
    在这里插入图片描述

4 路由原理和配置

4.1 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
    在这里插入图片描述

4.2 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
    在这里插入图片描述

4.3 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，路由器根据路由表做路径选择，路由表是怎么形成的呢？
  • 直连网段
    √配置接口IP地址
    √并且接口状态up
  • 非直连网段
    在这里插入图片描述

4.4 路由的类型

  • 依据来源的不同，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称为静态路由
    √通过动态路由协议自动发现的路由称为动态路由

4.5 静态路由

  • 静态路由：
    √由管理员手动配置添加，为单向条目
    √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：

[Huawei]]ip route-.static目标网络子网掩码下一跳

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5 路由器转发数据

5.1 路由器转发数据包的过程

在这里插入图片描述
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6 配置默认路由

6.1 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
    在这里插入图片描述
  • 默认路由配置命令
    在这里插入图片描述

1 计算IP地址

1.1 问题

1）写出以下IP地址的网络地址、广播地址和可用IP地址的范围

200.78.39.7/255.255.255.0、160.28.32.10/255.255.0.0。

2）判断以下IP地址是否属于同一个网段

10.1.1.1/8 和 10.10.100.99/8。

3）计算以下IP地址所在的网段内共包含多少可用IP地址

192.168.98.6/255.255.128.0。

1.2 步骤

1）200.78.39.7 255.255.255.0

网络地址：200.78.39.0
广播地址：200.78.39.255
可用IP地址范围：200.78.39.1 – 200.78.39.254

2）160.28.32.10 255.255.0.0

网络地址：160.28.0.0
广播地址：160.28.255.255
可用IP地址范围：160.28.0.1 – 160.28.255.254

3）10.1.1.1/8 和 10.10.100.88/8 属于同一个网段。

4）192.168.98.6 255.255.128.0 的网络地址是：192.168.0.0/17

所以该IP地址所在的网段的主机位有 15bit，所以主机IP地址的个数有215=32768。

可用的IP地址数量为 32766 。

2 配置静态路由

2.1 问题

1）如图互联设备，配置接口IP地址

2）配置静态路由，确保PC之间互通

2.2 方案

使用eNSP搭建实验环境，如图-1所示。

在这里插入图片描述

图-1

2.3 步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

1）如图配置 PC 、R1、Server1的IP地址和网关

2）在R1/R2上配置去往对端PC的静态路由

[R1]ip route-static 192.168.4.0 24 192.168.2.2
[R2]ip route-static 1921.68.1.0 24 192.168.2.1

3）测试 PC1 与 PC2 之间的连通性

3 配置多路由器静态路由

3.1 问题

配置设备的接口IP地址，并通过配置静态路由，实现全网设备互通

3.2 方案

使用eNSP搭建实验环境，如图-2所示。

在这里插入图片描述

图-2

步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

1）配置PC的IP地址和网关

2）配置R1/R2/R3的接口IP地址

3）配置R1/R2/R3的路由条目

R1配置两条路由：

[R1]ip route-static  192.168.4.0  24  192.168.2.2
[R1]ip route-static  192.168.3.0  24  192.168.2.2

R2配置两条路由：

[R2]ip route-static  192.168.1.0  24  192.168.2.1
[R2]ip route-static  192.168.4.0  24  192.168.3.2

R3配置两条路由：

ip route-static   192.168.1.0 24 192.168.3.1
ip route-static   192.168.2.0 24 192.168.3.1

5）测试PC1和PC2之间的连通性

4 配置默认路由

4.1 问题

配置设备的接口IP地址，并通过配置静态路由和默认路由，实现全网设备互通

4.2 方案

使用eNSP搭建实验环境，如图-3所示。

在这里插入图片描述

图-3

4.3 步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

1）配置PC的IP地址和网关

2）保持交换机SW1/2的默认配置不变

3）配置R1/R2/R3的接口IP地址

4）配置R1/R2/R3的路由条目

[R1] ip route-static  0.0.0.0      0    192.168.2.2
[R2] ip route-static  192.168.1.0 24   192.168.2.1
[R2] ip route-static  192.168.4.0 24   192.168.3.2
[R3] ip route-static  0.0.0.0      0    192.168.3.1

5）测试PC1和PC2之间的连通性

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