前言

我们要了解网络层的协议，首先要知道网络层的功能到底是什么？
网络层功能：定义了基于IP协议的逻辑地址，连接不同的媒介类型，选择数据通过网络的最佳路径。
知道了网络层的功能，那我们来看看网络层的协议介绍。

一、IP数据包的格式

1、版本号（4）：指IP协议版本。并且通信双方使用的版本一致，目前我们使用的是IPV4，表示为0100
2、首部长度（4）：IP数据包的包头长度
3、优先级与服务类型（8）：该字段用于表示数据包的优先级和服务类型。通过在数据包中划分一定的优先级，用于实现Qos（服务质量）的要求。注：定义IP数据包是否优先传送
4、总长度（16）： 定义IP数据包的总长度，最长为65535字节，包括包头和数据。注：IP头部，数据段可能是20字节，也可能更多，总长度加上数据段长度，最长为65535字节。
5、标识符（16）：该字段用于表示IP数据包的标识符。当IP对上层数据进行分片时，他将给所有的分片分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段中，保证分片不会被错误的重组。标识符字段用于标志一个数据包，以便接受节点可以重组被分片的数据包。
6、标志（3）：和标识符一起传递，指示不可以被分片或者最后一个分片是否发出
7、段偏移量（13）：在一个分片序列中如何将个分片按照什么顺序连接起来
8、TTL生命周期（8）：生命周期可以防止一个数据包在网络中无限循环转发没经过一个路由器时TTL-1，当生命周期为0时，该数据包将会被丢弃
9、协议号（8）：封装的上层协议，其中ICMP：1；TCP：6；UDP：17
10、首部校验和（16）：该字段只检验数据报的首部，不包括数据部分，因为每经过一次路由器时都需要重新计算首部校验和（其中有的字段：TTL、标志、偏移量都可能发生变换）
11、源地址（32）：源IP地址，表示发送端的IP地址
12、目标地址（32）：目的IP地址，表示接收端的IP地址
13、可选项：选项字段根据实际情况可变长，可以和IP一起使用的选项有多个。例如，可以输入创建该数据包的时间等。
14、数据：即上层数据

二、ICMP协议

作为网络管理员，必须知道网络设备之间的连接状况，因此就需要一种机制来侦破或者通知网络设备之间可能发生的各种各样的状况，这就是ICMP协议的作用。ICMP协议（Internet Control Message Protocol）的全程是"Internet控制消息协议"，主要用于IP网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中各种问题的反馈。通过这些反馈信息管理员就可以对所发生的问题做出判断，然后采取适当的措施取解决。

1、ICMP协议的封装

ICMP协议属于网络层协议
ICMP数据的封装过程如下图：

2、ping命令

2.1ping命令的基本格式：

ping [-t][-l字节数][-a][-i]IP_Address|target_name

2.2ping命令的参数

1、-t参数会一直不停的执行ping：调试故障或需进行持续连通性测试时应用，Ctrl+C可以中断命令。
2、-a参数可以显示主机名称。
3、-l参数可以设定ping包的大小：单位为字节，可用于简单测试通信质量。
另外我们还可以通过"tracert"后面加入一个IP地址,可以查询从本机到该IP地址所在的电脑要经过的路由器及IP地址（重点：在工作中会常用到的命令）
ping不同的几种情况：
1、当主机有一个默认网关时，如果他ping其他网段的地址，到不了的话，显示的是request timeout（此时他把icmp包发给网关，至于后面的事他就不管，如果没有包回应，就显示request timeout）
2、当一个主机没有默认网关时或是配置了网关但是和网关不通时，如果他ping其他网段的地址，显示的就是Destination host unreachable(此时他发送arp请求包请求网关的mac地址）
3、当一个路由器ping他路由表中没有的地址时，显示的是request timeout（此时不发任何包）
4、当路由器ping他路由表中存在的地址时，如果没有回应，则显示的也是request timeout（此时发送arp请求包，请求目标ip的mac地址）

三、ARP协议

什么时ARP协议？
ARP协议是地址解析协议，（Address Resolution Protocol）是通过解析IP地址得到MAC地址的，是一个在网络协议包中极其重要的网络传输协议，它与网卡有着极其密切的关系，在网络层来看，源主机和目标主机是通过IP地址进行识别的，而所有数据传输又依赖网卡底层硬件，即数据链路层，那么就需要将这些IP地址转换为数据链路层可以识别的东西，由此就出现了ARP协议，每当有一个数据要发送的时候，都需要在通过ARP协议将IP地址转换为MAC地址。

1、ARP协议的工作原理

ARP协议是如何工作的？
为了实现IP地址与MAC地址的查询与转换，ARP协议引入了ARP缓存表的概念，每台主机或路由器在维护着一个ARP缓存表（ARP table），这个表包含了IP地址到MAC地址的映射关系，表中记录了<IP地址，MAC地址>，称之为ARP表项，他们是主机最近运行时获得关于其他主机的IP地址到MAC地址的映射，当需要发送数据的时候，主机就会根据数据报中的目标IP地址信息，然后再ARP缓存表中查找对应的MAC地址，最后通过网卡将数据发送出去。ARP缓存表包含一个寿命值（TTL，也称作生存时间），它将记录每个ARP表项的生存时间，生存时间到了就会从缓存表中删除。从一个表项放置到ARP缓存表中开始，一个表项通常的生存时间一般是10分钟，这些生存时间是可以任意设置的，我们一般使用默认即可。

下面举个例子说明一下（结合交换机原理）
以两台局域网主机互相通信为例：
ARP解析过程
1、当PC1想发送数据给PC2，首先在自己的本地ARP缓存表中检查主机PC2匹配的MAC地址
2、如果PC1缓存表中没有找到响应的条目，他将询问PC2的MAC地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络的所有主机，该帧中包括源主机PC1的IP地址、MAC地址和PC2的IP地址，本地网络的所有主机都接收到ARP请求，并且检查是否与自己主机的IP地址相匹配。如果发现请求中的IP地址与自己的IP地址不匹配，则丢弃ARP请求。
3、主机PC2确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址相匹配，则将PC1的IP地址和MAC地址添加到本地缓存表中。
4、主机PC2将包含其MAC地址的ARP回复消息，直接发送回主机PC1（数据帧为单播）
5、主机PC1接收到PC2的ARP回复消息，将PC2的IP和MAC地址添加到自己的ARP缓存表中，本机缓存是有生存期的，默认ARP缓存表有效期120s。当超过该有效期后，则将重复上面的过程。主机PC2的MAC地址一旦确定，主机PC1就能向主机PC2发送IP消息。

2、如何查看ARP缓存表

那我们再winsows系统当中如何查看ARP缓存表呢？
首先我们打开cmd，输入arp，就会出现arp的相关命令

如果使用arp -s提示arp项添加失败，解决方案：
用管理员模式：电脑左下角开始按钮右键，点击windows powershell（管理员），或者进入C盘windows\system32\文件夹中找到cmd.exe，右键以管理员身份运行，再执行arp -s命令。

绑定arp（win10）
cmd输入
netsh -c i i show in 查看网络连接准确名称，如：本地连接、无线网络连接
netsh -c "i i" add neighbors 19 "ip" "Mac",这里是19的idx号。//绑定
netsh -c "i i" delete neighbors 19,这里是19的idx号。//解绑
netsh interface ipv4 set neighbors <接口序号> <IP> <MAC>

动态ARP表项老化：在一段时间内（默认180s）如果表项中的ARP映射关系始终没有使用，则会被删除。通过及时删除不活跃表项，从而提升ARP响应效率。

华为系统中的ARP命令
[Huawei]dis mac- address ###查看mac地址信息
[Huawei]arp static <IP> <MAC> ###绑定ARP
[Huawei]undo arp static<IP> <MAC> ###解绑定
[Huawei]reset arp all ###清楚mac地址表

3、ARP的攻击与欺骗

3.1ARP的攻击

ARP攻击发送的是ARP应答，但是ARP应答中的MAC地址为虚假地址，所以在其他主机想要进行通信是，会将目的MAC地址设置成此虚假MAC地址导致无法正常通信。

3.2ARP的欺骗

ARP欺骗的原理和ARP攻击基本相同，但是效果不同。ARP攻击最终的结果是导致网络中断，而ARP欺骗的最终结果是使得流量通过自身达到监控或控制的目的。

**利用ARP欺骗管理网络：**通过长牛角网络监控机软件管理网络；设置监控范围、进行网络管理、验证效果。

总结

认识IP数据包的格式，ICMP协议的封装以及ping命令的使用，详细解析了ARP协议的工作原理，在自己的电脑例如何查看ARP缓存表，了解了ARP的攻击与欺骗。