企业网络基本架构

企业网络架构很大程度上取决于企业或机构的业务需求。小型企业通常只有一个办公地点,一般采用扁平网络架构进行组网。这种扁平网络能够满足用户对资源访问的需求,并具有较强的灵活性,同时又能大大减少部署和维护成本。小型企业网络通常缺少冗余机制,可靠性不高,容易发生业务中断。

大型企业网络对业务的连续性要求很高,所以通常会通过网络冗余备份来保证网络的可用性和稳定性,从而保障企业的日常业务运营。大型企业网络也会对业务资源的访问进行控制,所以通常会采用多层网络架构来优化流量分布,并应用各种策略进行流量管理和资源访问控制。多层网络设计也可以使网络易于扩展。大型企业网络采用模块化设计能够有效实现网络隔离并简化网络维护,避免某一区域产生的故障影响到整个网络。

传输介质简介

介质

  • 同轴电缆(局域网)

    同轴电缆是一种早期使用的传输介质,同轴电缆的标准分为两种,10BASE2和10BASE5。这两种标准都支持10Mbps的传输速率,最长传输距离分别为185米和500米。一般情况下,10Base2同轴电缆使用BNC接头,10Base5同轴电缆使用N型接头。
    10BASE5和10BASE2是早期的两种以太网标准,它们均采用同轴电缆作为传输介质。10BASE5和10BASE2所使用的同轴电缆的直径分别为9.5mm和5mm,所以前者又称为粗缆,后者又称为细缆。
    现在,10Mbps的传输速率早已不能满足目前企业网络需求,因此同轴电缆在目前企业网络中很少应用。
    同轴电缆.png

以太网标准 电缆类型 最长有效传输距离
10BASE5 粗同轴电缆 500米
10BASE2 细同轴电缆 185米
  • 双绞线(局域网)

    与同轴电缆相比双绞线(Twisted Pair)具有更低的制造和部署成本,因此在企业网络中被广泛应用。双绞线可分为屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair,STP)和非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair,UTP)。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层,可以屏蔽电磁干扰。双绞线有很多种类型,不同类型的双绞线所支持的传输速率一般也不相同。例如,3类双绞线支持10Mbps传输速率;5类双绞线支持100Mbps传输速率;超5类双绞线及更高级别的双绞线支持千兆以太网传输。双绞线使用RJ-45接头连接网络设备。为保证终端能够正确收发数据,RJ-45接头中的针脚必须按照一定的线序排列。

    rj45双绞线.png
    曾经有个说法是同类设备用直连线,不同设备用交叉线,但是貌似现在都是用交叉线了

以太网标准 线缆类别 最长有效传输距离
10BASE-T 两对3/4/5类双绞线 100米
100BASE-TX 两对5类双绞线 100米
1000BASE-T 四对5e类双绞线 100米
  • 光纤(局域网)

    双绞线和同轴电缆传输数据时使用的是电信号,而光纤传输数据时使用的是光信号。光纤支持的传输速率包括10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps,甚至更高。根据光纤传输光信号模式的不同,光纤又可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤只能传输一种模式的光,不存在模间色散,因此适用于长距离高速传输。多模光纤允许不同模式的光在一根光纤上传输,由于模间色散较大而导致信号脉冲展宽严重,因此多模光纤主要用于局域网中的短距离传输。光纤连接器种类很多,常用的连接器包括ST,FC,SC,LC连接器。

以太网标准 线缆类型 最长有效传输距离
10BASE-F 单模/多模光纤 2000 米
100BASE-FX 单模/多模光纤 2000 米
1000BASE-LX 单模/多模光纤 316 米
1000BASE-SX 多模光纤 316 米

单模只可以传送相同波长的光,多么的可以同时传播不同波长的光,一般短距离的用多模,长距离用单模,因为不同波长的光会相互干扰

  • 串口电缆(广域网)

    网络通信中常常会用到各种各样的串口电缆。常用的串口电缆标准为RS-232,同时也是推荐的标准。但是RS-232的传输速率有限,传输距离仅为6米。其他的串口电缆标准可以支持更长的传输距离,例如RS-422和RS-485的传输距离可达1200米。RS-422和RS-485串口电缆通常使用V.35接头,这种接头在上世纪80年代已经淘汰,但是现在仍在帧中继、ATM等传统网络上使用。V.24是RS-232标准的欧洲版。RS-232本身没有定义接头标准,常用的接头类型为DB-9和DB-25。现在,RS-232已逐渐被FireWire、USB等新标准取代,新产品和新设备已普遍使用USB标准。

    串口电缆.png

线缆类别 速率
V.24 1.2Kbit/s ~ 64Kbit/s
V.35 1.2Kbit/s ~ 2.048Mbit/s

V.24和V.35的线通常相互连接使用

冲突域

冲突域是一个通过共享物理介质进行双向传输的所有节点的集合。当同一冲突域中的主机同时发送数据时,数据到达目的地之前可能会发生冲突。

冲突域.png

如图是一个10BASE5以太网,每个主机都是用同一根同轴电缆来与其它主机进行通信,因此,这里的同轴电缆又被称为共享介质,相应的网络被称为共享介质网络,或简称为共享式网络。

共享式网络中,不同的主机同时发送数据时,就会产生信号冲突的问题,解决这一问题的方法一般是采用载波侦听多路访问/冲突检测技术(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)。
CSMA/CD的基本工作过程如下:

  • 终端设备不停地检测共享线路的状态。如果线路空闲,则可以发送数据;如果线路不空闲,则等待一段时间后继续检测(延时时间由退避算法决定)。
  • 如果有另外一个设备同时发送数据,两个设备发送的数据会产生冲突。
  • 终端设备检测到冲突之后,会马上停止发送自己的数据,并发送特殊阻塞信息,以强化冲突信号,使线路上其他站点能够尽早检测到冲突。
  • 终端设备检测到冲突后,等待一段时间之后再进行数据发送(延时时间由退避算法决定)。

CSMA/CD的工作原理可简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发。

双工模式

  • 半双工:在半双工模式(half-duplex mode)下,通信双方都能发送和接收数据,但不能同时进行。当一台设备发送时,另一台只能接收,反之亦然。对讲机是半双工的典型例子。

  • 全双工:在全双工模式(full-duplex mode)下,通信双方都能同时接收和发送数据。电话网络是典型的全双工例子。

    双工模式.png

以太网上的通信模式包括半双工和全双工两种:
半双工模式下,共享物理介质的通信双方必须采用CSMA/CD机制来避免冲突。例如,10BASE5以太网的通信模式就必须是半双工模式。

全双工模式下,通信双方可以同时实现双向通信,这种模式不会产生冲突,因此不需要使用CSMA/CD机制。例如,10BASE-T以太网的通信模式就可以是全双工模式。

同一物理链路上相连的两台设备的双工模式必须保持一致。

以太网帧结构

网络通信中,“协议”和“标准”这两个词汇常常可以混用。同时,协议或标准本身又常常具有层次的特点。一般地,关注于逻辑数据关系的协议通常被称为上层协议,而关注于物理数据流的协议通常被称为低层协议。IEEE 802就是一套用来管理物理数据流在局域网中传输的标准,包括在局域网中传输物理数据的802.3以太网标准,还有一些用来管理物理数据流在使用串行介质的广域网中传输的标准,如帧中继FR(Frame Relay),高级数据链路控制HDLC(High-Level Data Link Control),异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)。

OSI参考模型

物理层是第一层,应用层是第七层

  • 物理层:在设备之间传输比特流,规定了电平、速度和电缆针脚。
  • 数据链路层:将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址(以太网使用MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。
  • 网络层:提供逻辑地址,供路由器确定路径。
  • 传输层:提供面向连接或非面向连接的数据传递以及进行重传前的差错检测。
  • 会话层:负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
  • 表示层:提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。
  • 应用层:OSI参考模型中最靠近用户的一层,为应用程序提供网络服务。

TCP/IP分层模型

TCP/IP模型将网络分为四层。TCP/IP模型不关注底层物理介质,主要关注终端之间的逻辑数据流转发。

TCP/IP模型的核心是网络层和传输层,网络层解决网络之间的逻辑转发问题,传输层保证源端到目的端之间的可靠传输。最上层的应用层通过各种协议向终端用户提供业务应用。

  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 网络接口层

数据封装

应用数据需要经过TCP/IP每一层处理之后才能通过网络传输到目的端,每一层上都使用该层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)彼此交换信息。不同层的PDU中包含有不同的信息,因此PDU在不同层被赋予了不同的名称。如上层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为Segment(数据段);数据段被传递给网络层,网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包);数据包被传递到数据链路层,封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame(数据帧);最后,帧被转换为比特,通过网络介质传输。这种协议栈逐层向下传递数据,并添加报头和报尾的过程称为封装。

数据封装.png

数据帧

  • 帧格式
    帧格式.png
    以太网上使用两种标准帧格式。第一种是上世纪80年代初提出的DIX v2格式,即Ethernet II帧格式。Ethernet II后来被IEEE 802标准接纳,并写进了IEEE 802.3x-1997的3.2.6节。第二种是1983年提出的IEEE 802.3格式。这两种格式的主要区别在于Ethernet II格式中包含一个Type字段,标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理,IEEE 802.3格式中,同样的位置是长度字段。

    不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型,当Type字段值小于等于1500(或者十六进制的0x05DC)时,帧使用的是IEEE 802.3格式。当Type字段值大于等于1536 (或者十六进制的0x0600)时,帧使用的是Ethernet II格式。以太网中大多数的数据帧使用的是Ethernet II格式。

    以太帧中还包括源和目的MAC地址,分别代表发送者的MAC和接收者的MAC,此外还有帧校验序列字段,用于检验传输过程中帧的完整性。

  • Ethernet_II帧格式
    Ethernet_II帧格式.png
    Ethernet_II的帧中各字段说明如下:

    • DMAC(Destination MAC)是目的MAC地址。DMAC字段长度为6个字节,标识帧的接收者。
    • SMAC(Source MAC)是源MAC地址。SMAC字段长度为6个字节,标识帧的发送者。
    • 类型字段(Type)用于标识数据字段中包含的高层协议,该字段长度为2个字节。类型字段取值为0x0800的帧代表IP协议帧;类型字段取值为0x0806的帧代表ARP协议帧。
    • 数据字段(Data)是网络层数据,最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节,数据字段的最大长度为1500字节。
    • 循环冗余校验字段(FCS)提供了一种错误检测机制。该字段长度为4个字节。
  • 以太网的MAC地址

    如同每一个人都有一个名字一样,每一台网络设备都用物理地址来标识自己,这个地址就是MAC地址。网络设备的MAC地址是全球唯一的。

    MAC地址长度为48比特,通常用十六进制表示。MAC地址包含两部分:前24比特是组织唯一标识符(OUI,Organizationally Unique Identifier),由IEEE统一分配给设备制造商。例如,华为的网络产品的MAC地址前24比特是0x00e0fc。

    后24位序列号是厂商分配给每个产品的唯一数值,由各个厂商自行分配(这里所说的产品可以是网卡或者其他需要MAC地址的设备)。

  • 单播,广播,组播

    • 单播

      单播,指从单一的源端发送到单一的目的端。
      单播.png
      每个主机接口由一个MAC地址唯一标识,MAC地址的OUI中,第一字节第8个比特表示地址类型。对于主机MAC地址,这个比特固定为0,表示目的MAC地址为此MAC地址的帧都是发送到某个唯一的目的端。在冲突域中,所有主机都能收到源主机发送的单播帧,但是其他主机发现目的地址与本地MAC地址不一致后会丢弃收到的帧,只有真正的目的主机才会接收并处理收到的帧。

    • 广播

      广播,表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。
      广播.png
      广播帧的目的MAC地址为十六进制的FF:FF:FF:FF:FF:FF,所有收到该广播帧的主机都要接收并处理这个帧。

    • 组播

      组播,组播比广播更加高效。组播转发可以理解为选择性的广播,主机侦听特定组播地址,接收并处理目的MAC地址为该组播MAC地址的帧。
      组播.png
      组播MAC地址和单播MAC地址是通过第一字节中的第8个比特区分的。组播MAC地址的第8个比特为1,而单播MAC地址的第8个比特为0。

      当需要网络上的一组主机(而不是全部主机)接收相同信息,并且其他主机不受影响的情况下通常会使用组播方式。

  • 数据帧的发送和接收

    帧从主机的物理接口发送出来后,通过传输介质传输到目的端。共享网络中,这个帧可能到达多个主机。主机检查帧头中的目的MAC地址,如果目的MAC地址不是本机MAC地址,也不是本机侦听的组播或广播MAC地址,则主机会丢弃收到的帧。

    如果目的MAC地址是本机MAC地址,则接收该帧,检查帧校验序列(FCS)字段,并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中是否保持了完整性。如果帧的FCS值与本机计算的值不同,主机会认为帧已被破坏,并会丢弃该帧。如果该帧通过了FCS校验,则主机会根据帧头部中的Type字段来确定将帧发送给上层哪个协议处理。本例中,Type字段的值为0x0800,表明该帧需要发送到IP协议上处理。在发送给IP协议之前,帧的头部和尾部会被剥掉。

IP编址

以太网帧中的Type字段值为0x0800,表示该帧的网络层协议为IP协议。

  • IP报文头部

    IP编址.png

    IP报文头部.png

    IP报文头部信息用于指导网络设备对报文进行路由和分片。同一个网段内的数据转发通过链路层即可实现,而跨网段的数据转发需要使用网络设备的路由功能。分片是指数据包超过一定长度时,需要被划分成不同的片段使其能够在网络中传输。

    IP报文头部长度为20到60字节,报文头中的信息可以用来指导网络设备如何将报文从源设备发送到目的设备。

    其中,版本字段表示当前支持的IP协议版本,当前的版本号为4。DS字段早期用来表示业务类型,现在用于支持QoS中的差分服务模型,实现网络流量优化。
    源和目的IP地址是分配给主机的逻辑地址,用于在网络层标识报文的发送方和接收方。根据源和目的IP地址可以判断目的端是否与发送端位于同一网段,如果二者不在同一网段,则需要采用路由机制进行跨网段转发.

  • IP编址

    IP编址2.png

    IPv4地址为32比特的二进制数,通常用点分十进制表示。IP地址用来标识网络中的设备,具有IP地址的设备可以在同一网段内或跨网段通信。

    IP地址包括两部分,第一部分是网络号,表示IP地址所属的网段,第二部分是主机号,用来唯一标识本网段上的某台网络设备。

    IP编址3.png

    每个网段上都有两个特殊地址不能分配给主机或网络设备。

    第一个是该网段的网络地址,该IP地址的主机位为全0,表示一个网段。第二个地址是该网段中的广播地址,目的地址为广播地址的报文会被该网段中的所有网络设备接收。广播地址的主机位为全1。除网络地址和广播地址以外的其他IP地址都可以作为网络设备的IP地址。

    IP地址分类.png

    IPv4地址被划分为A、B、C、D、E五类,每类地址的网络号包含不同的字节数。A类,B类和C类地址为可分配IP地址,每类地址支持的网络数和主机数不同。比如,A类地址可支持126个网络,每个网络支持224 (16,777,216 )个主机地址,另外每个网段中的网络地址和广播地址不能分配给主机。C类地址支持200多万个网络,每个网络支持256个主机地址,其中254个地址可以分配给主机使用。
    D类地址为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后,且该主机是该组播组成员,就会接收并处理该报文。各类IP地址可以通过第一个字节中的比特位进行区分。如A类地址第一字节的最高位固定为0,B类地址第一字节的高两位固定为10,C类地址第一字节的高三位固定为110,D类地址第一字节的高四位固定为1110,E类地址第一字节的高四位固定为1111。

    IPv4中的部分IP地址被保留用作特殊用途。为节省IPv4地址,A、B、C类地址段中都预留了特定范围的地址作为私网地址。现在,世界上所有终端系统和网络设备需要的IP地址总数已经超过了32位IPv4地址所能支持的最大地址数4,294,967,296。为主机分配私网地址节省了公网地址,可以用来缓解IP地址短缺的问题。企业网络中普遍使用私网地址,不同企业网络中的私网地址可以重叠。默认情况下,网络中的主机无法使用私网地址与公网通信;当需要与公网通信时,私网地址必须转换成公网地址。还有其他一些特殊IP地址,如127.0.0.0网段中的地址为环回地址,用于诊断网络是否正常。IPv4中的第一个地址0.0.0.0表示任何网络,这个地址的作用将在路由原理中详细介绍。IPv4中的最后一个地址255.255.255.255是0.0.0.0网络中的广播地址。

    私有地址范围:
    10.0.0.0~10.255.255.255
    172.16.0.0~172.31.255.255
    192.168.0.0~192.168.255.255

    特殊地址:
    127.0.0.0~127.255.255.255
    0.0.0.0
    255.255.255.255

  • 网络通信

    源主机必须要知道目的主机的IP地址后才能将数据发送到目的地。源主机向其他目的主机发送报文之前,需要检查目的IP地址和源IP地址是否属于同一个网段。如果是,则报文将被下发到底层协议进行以太网封装处理。如果目的地址和源地址属于不同网段,则主机需要获取下一跳路由器的IP地址,然后将报文下发到底层协议处理。

  • 子网掩码

    子网掩码用于区分网络部分和主机部分。子网掩码与IP地址的表示方法相同。每个IP地址和子网掩码一起可以用来唯一的标识一个网段中的某台网络设备。子网掩码中的1表示网络位,0表示主机位。

    子网掩码.png

    • 默认子网掩码

      默认子网掩码.png

      每类IP地址有一个缺省子网掩码。A类地址的缺省子网掩码为8位,即第一个字节表示网络位,其他三个字节表示主机位。B类地址的缺省子网掩码为16位,因此B类地址支持更多的网络,但是主机数也相应减少。C类地址的缺省子网掩码为24位,支持的网络最多,同时也限制了单个网络中主机的数量。

    • 地址规划&边长子网掩码

      地址规划.png

      通过子网掩码可以判断主机所属的网段、网段上的广播地址以及网段上支持的主机数。图中这个例子,主机地址为192.168.1.7,子网掩码为24位(C类IP地址的缺省掩码),从中我们可以判断该主机位于192.168.1.0/24网段。将IP地址中的主机位全部置为1,并转换为十进制数,即可得到该网段的广播地址192.168.1.255。网段中支持的主机数为2n,n为主机位的个数。本例中n=8,28=256,减去本网段的网络地址和广播地址,可知该网段支持254个有效主机地址。

      缺省子网掩码可以进一步划分,成为变长子网掩码(VLSM)。通过改变子网掩码,可以将网络划分为多个子网。本例中的地址为C类地址,缺省子网掩码为24位。现借用一个主机位作为网络位,借用的主机位变成子网位。一个子网位有两个取值0和1,因此可划分两个子网。该比特位设置为0,则子网号为0,该比特位设置为1,则子网号为128。将剩余的主机位都设置为0,即可得到划分后的子网地址;将剩余的主机位都设置为1,即可得到子网的广播地址。每个子网中支持的主机数为27-2(减去子网地址和广播地址),即126个主机地址。

      子网划分公式:
      可用的主机地址数:Y
      主机号:N
      子网号:M
      子网个数:X
      间隔的网段:n

      • Y<=2^N-2
      • X<=2^M
      • n=256-2^M!(跟数学意义的!有区别)
  • 无类域间路由

    无类域间路由CIDR(Classless Inter Domain Routing)由RFC1817定义。CIDR突破了传统IP地址的分类边界,将路由表中的若干条路由汇聚为一条路由,减少了路由表的规模,提高了路由器的可扩展性。

    无类域间路由.png

    如上图所示,一个企业分配到了一段A类网络地址,10.24.0.0/22。该企业准备把这些A类网络分配给各个用户群,目前已经分配了四个网段给用户。如果没有实施CIDR技术,企业路由器的路由表中会有四条下连网段的路由条目,并且会把它通告给其他路由器。通过实施CIDR技术,我们可以在企业的路由器上把这四条路由10.24.0.0/24,10.24.1.0/24,10.24.2.0/24,10.24.3.0/24汇聚成一条路由10.24.0.0/22。这样,企业路由器只需通告10.24.0.0/22这一条路由,大大减小了路由表的规模。

  • 网关

    报文转发过程中,首先需要确定转发路径以及通往目的网段的接口,然后将报文封装在以太帧中通过指定的物理接口转发出去。如果目的主机与源主机不在同一网段,报文需要先转发到网关,然后通过网关将报文转发到目的网段。

    网关是指接收并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能,网关必须知道目的网段的IP地址。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。

  • IP包分片
    IP包分片.png
    网络中转发的IP报文的长度可以不同,但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度,则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。将报文分割成多个片段的过程叫做分片。

    接收端根据分片报文中的标识符(Identification),标志(Flags),及片偏移(Fragment Offset)字段对分片报文进行重组。标识符用于识别属于同一个数据包的分片,以区别于同一主机或其他主机发送的其它数据包分片,保证分片被正确的重新组合。标志字段用于判断是否已经收到最后一个分片。最后一个分片的标志字段设置为0,其他分片的标志字段设置为1,目的端在收到标志字段为0的分片后,开始重组报文。片偏移字段表示每个分片在原始报文中的位置。第一个分片的片偏移为0,第二个分片的片偏移表示紧跟第一个分片后的第一个比特的位置。比如,如果首片报文包含1259比特,那么第二分片报文的片偏移字段值就应该为1260。

  • 生存时间(TTL)

    报文在网段间转发时,如果网络设备上的路由规划不合理,就可能会出现环路,导致报文在网络中无限循环,无法到达目的端。环路发生后,所有发往这个目的地的报文都会被循环转发,随着这种报文逐渐增多,网络将会发生拥塞。

    为避免环路导致的网络拥塞,IP报文头中包含一个生存时间TTL(Time To Live)字段。报文每经过一台三层设备,TTL值减1。初始TTL值由源端设备设置。当报文中的TTL降为0时,报文会被丢弃。同时,丢弃报文的设备会根据报文头中的源IP地址向源端发送ICMP错误消息。

  • 协议号(Protocol)

    目的端的网络层在接收并处理报文以后,需要决定下一步对报文该做如何处理。IP报文头中的协议字段标识了将会继续处理报文的协议。与以太帧头中的Type字段类似,协议字段也是一个十六进制数。该字段可以标识网络层协议,如ICMP(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议),也可以标识上层协议,如TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议,对应值0x06)、UDP(User Datagram Protocol,用户数据包协议,对应值0x11)。

ICMP协议

ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息,并对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

  • ICMP重定向
    ICMP重定向.png
    ICMP Redirect重定向消息用于支持路由功能。如图所示,主机A希望发送报文到服务器A,于是根据配置的默认网关地址向网关RTB发送报文。网关RTB收到报文后,检查报文信息,发现报文应该转发到与源主机在同一网段的另一个网关设备RTA,因为此转发路径是更优的路径,所以RTB会向主机发送一个Redirect消息,通知主机直接向另一个网关RTA发送该报文。主机收到Redirect消息后,会向RTA发送报文,然后RTA会将该报文再转发给服务器A。

  • ICMP差错检测&ICMP错误报告

    ICMP Echo消息常用于诊断源和目的地之间的网络连通性,同时还可以提供其他信息,如报文往返时间等。

    ICMP定义了各种错误消息,用于诊断网络连接性问题;根据这些错误消息,源设备可以判断出数据传输失败的原因。比如,如果网络中发生了环路,导致报文在网络中循环,且最终TTL超时,这种情况下网络设备会发送TTL超时消息给发送端设备。又比如如果目的地不可达,则中间的网络设备会发送目的不可达消息给发送端设备。目的不可达的情况有多种,如果是网络设备无法找到目的网络,则发送目的网络不可达消息;如果网络设备无法找到目的网络中的目的主机,则发送目的主机不可达消息。

  • ICMP数据包格式

    ICMP数据包格式.png

    ICMP消息封装在IP报文中。ICMP消息的格式取决于Type和Code字段,其中Type字段为消息类型,Code字段包含该消息类型的具体参数。后面的校验和字段用于检查消息是否完整。消息中包含32比特的可变参数,这个字段一般不使用,通常设置为0。在ICMP Redirect消息中,这个字段用来指定网关IP地址,主机根据这个地址将报文重定向到指定网关。在Echo请求消息中,这个字段包含标识符和序号,源端根据这两个参数将收到的回复消息与本端发送的Echo请求消息进行关联。尤其是当源端向目的端发送了多个Echo请求消息时,需要根据标识符和序号将Echo请求和回复消息进行一一对应。

  • ICMP消息类型和编码类型

类型 编码 描述
0 0 Echo Reply
3 0 网络不可达
3 1 主机不可达
3 2 协议不可达
3 3 端口不可达
5 0 重定向
8 0 Echo Request
  • ICMP应用

    • Ping

      ICMP的一个典型应用是Ping。Ping是检测网络连通性的常用工具,同时也能够收集其他相关信息。用户可以在Ping命令中指定不同参数,如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等,设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文,进行Ping测试。

      Ping常用的配置参数说明如下:

      1. -a source-ip-address指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文的源IP地址。如果不指定源IP地址,将采用出接口的IP地址作为ICMP ECHO-REQUEST报文发送的源地址。
      2. -c count指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文次数。缺省情况下发送5个ICMP ECHO-REQUEST报文。
      3. -h ttl-value指定TTL的值。缺省值是255。
      4. -t timeout指定发送完ICMP ECHO-REQUEST后,等待ICMP ECHO-REPLY的超时时间。
    • Tracert

      ICMP的另一个典型应用是Tracert。Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。为了跟踪到达某特定目的地址的路径,源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后,TTL超时,于是该节点向源端发送TTL超时消息,消息中携带时间戳。然后源端将报文的TTL值设置为2,报文到达第二个节点后超时,该节点同样返回TTL超时消息,以此类推,直到报文到达目的地。这样,源端根据返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点,并根据时间戳信息计算往返时间。Tracert是检测网络丢包及时延的有效手段,同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路。

      Tracert常用的配置参数说明如下:

      1. -a source-ip-address指定tracert报文的源地址。
      2. -f first-ttl指定初始TTL。缺省值是1。
      3. -m max-ttl指定最大TTL。缺省值是30。
      4. -name使能显示每一跳的主机名。
      5. -p port指定目的主机的UDP端口号。
Last modification:October 4th, 2019 at 02:44 pm