TCP-IP-part8-IP协议相关技术(二)

前言

TCP/IP相关内容第八部分,包含:

  • DHCP
  • NAT
  • IP隧道
  • 其他IP相关技术

一、DHCP

用于自动设置IP地址,统一管理IP地址分配。只要物理一练通网络就自动设置IP。

主机联网必须设置的四项:IP地址、子网掩码、默认路由、DNS服务器。

工作机制

管理员在DHCP服务器上设好要分配给主机的上面的四项,及服务器自己的IP地址,分四个步骤完成IP分配:

  1. 新来的人广播发送DHCP发现包,源IP为0.0.0.0/32

  2. DHCP服务器收到发现包后应答一个DHCP提供包,包含分配的IP,目的IP为0.0.0.0。目的MAC已从发现包中提取。

  3. 新人广播DHCP请求包告诉所有人自己在2中接收到的设置。

  4. DHCP服务器返回DHCP提供包允许设置。

DHCP有时限,之前可以延长时限。

检查分配IP是否冲突:

  • DHCP服务器
    在分配IP底之前发送ICMP回送请求包,确认没有返回应答。

  • DHCP客户端
    向分配的IP地址发送ARP请求包,确认没有返回应答。

宽带路由器可以作为DHCP服务器,但一般作为中继代理,收到客户端的DHCP发来的请求广播后(发现包和请求包),会以单播形式发送给DHCP服务器,由它来对各个子网的IP分配范围、子网掩码、默认路由、DNS服务器进行统一管理。

二、NAT

用于将局域网的私有IP转换为全局IP。

工作机制

NAT路由器会将IP地址替换并重新进行校验和计算并更换,并在往外发的时候生成一张映射表,保证外部来的数据包的目的IP能转换成私有IP。

但多个私有IP通过一个全局IP通信时映射会重叠,因此采用NAPT,将端口号包含至映射表中,不同私有IP的相同端口会转换成同一全局IP的不同端口与外部进行通信。根据外部来的数据包的目的端口号将目的IP和端口转换为正确的私有IP和正确的端口上。

TCP、UDP通行时,只有目标地址、源地址、目标端口、源端口和协议类型一致才被认为是同一个连接。

NAPT映射表在TCP的SYN包发送时生成,在发出FIN包确认应答时删除。

NAT-PT

用于将IPv6的地址首部转换为IPv4,实现IPV6和IPV4主机间通信。

三、IP隧道

IP首部再添加一个IP首部,用于IPV4和IPV6上的传输。也可用于转发多播消息。因为很多路由器不支持多播路由,因此为了能让多播包能到远方网络,会先用IP隧道让IP包进行单播传输,目的网络IP是远方网络,到了之后再多播。

四、其他IP相关技术

1、IP多播

IGMP技术使主机会通知路由器和交换机自己将接受多播包,目的是确认多播地址处可以接受多播包,若没有则会造成流量浪费。

2、IP任播

任播指多台主机中选一台接受数据。广泛应用于DNS根域名服务器,全球只有13个,是指13个IP地址。可以有多个根域名服务器配置同一个IP地址分布世界各地,客户端发出请求时最近的服务器响应。

3、通信质量控制

保证特殊需要的包的通信质量,类似VIP通道,路由器等待队列会优先让他们出队,甚至丢弃优先度不高的包。
有两种类型:

  1. 综合服务(IntServ)
    提供点对点的详细优先控制,在通信前对所有途径的网络节点发送服务质量请求,根据RSVP协议进行流量控制,确认后再发送报文,路由器根据设置对包进行针对性处理。此做法要求太高,机制复杂,在大规模骨干网不适用。

  2. 区分服务(DiffServ)
    针对特定的网络进行较粗粒度的通信质量控制。例如针对某个特定的供应商进行顾客排名,从而进行数据包的优先处理。供应商在Diffserv域内的服务器设置好之后,就不需要再设置,不像综合服务需要对每次传输重新设置。Diffserv域内的路由器会根据设置替换IPv4数据包首部的DSCP字段,确定优先级。

  3. 显示拥塞通知
    在ECN=ECE+CE字段记录路由器是否遇到拥塞,并在返回包的TCP首部中通知是否发生过拥塞,TCP层进行拥塞控制,拥塞检查在网络层进行,而拥塞通知在传输层进行。ECT置1使ECN使能。路由器发现队列满了,证明拥塞发生,将IP首部CE设为1。主机收到CE设为1的数据,说明发生拥塞,TCP头部会将ECE设为1,发给源主机后,源主机了解拥塞后将窗口值减小,并设置CWR为1,告知收方已减小窗口

  4. Mobile IP
    主机移动,子网变化,IP变化,导致tcp连接断开。为了让连接不断开,采用IP隧道技术使移动主机的IP不变。归属代理会替代移动走的设备响应ARP广播,并接受本地路由发给它的包,将包通过IP隧道发给外部代理,外部代理转发给移动设备。移动设备在发数据包时的源地址也不变,可能采取双向隧道。

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