1. 用户发起请求#

用户在浏览器中输入一个域名（例如 www.example.com）。浏览器需要将这个域名转换为 IP 地址才能访问服务器。

2. 本地 DNS 缓存查询#

操作系统会首先检查本地的 DNS 缓存中是否有该域名对应的 IP 地址。如果缓存中有结果，则直接返回 IP 地址，还没有就检查本机域名解析文件  hosts，如果还是没有，就会对 DNS 服务器进行查询。

3. 本地 DNS 服务器查询#

如果本地没有缓存，操作系统会向本地 DNS 服务器（通常是路由器或操作系统配置的 DNS 服务器，也就是客户端的 TCP/IP 设置中填写的 DNS 服务器地址）发送查询请求。

4. 递归查询过程#

如果本地 DNS 服务器无法直接解析该域名，它会向更高层次的 DNS 服务器进行递归查询。以下是递归查询的详细过程：

• 根域名服务器查询： 本地 DNS 解析器首先会向根域名服务器发送查询请求。根域名服务器是 DNS 层次结构的最上层，负责管理顶级域服务器的地址。根服务器的 IP 地址通常是预配置在本地 DNS 解析器中的。 根域名服务器会返回该域名所属（如 .com、.org）顶级 DNS 服务器的 IP 地址。
• 顶级 DNS 服务器查询： 接下来，本地 DNS 服务器会向顶级 DNS 服务器（例如，.com 域的服务器）发送查询请求。 顶级 DNS 服务器会返回该域名的权威 DNS 服务器的 IP 地址。
• 权威 DNS 服务器查询： 本地 DNS 解析器最终向权威 DNS 服务器（即负责管理特定域名的 DNS 服务器）发送查询请求。权威 DNS 服务器存储着域名的真实记录，如 A 记录、CNAME 记录等。权威 DNS 服务器会返回该域名对应的 IP 地址（A 记录）。

5. 返回 IP 地址#

DNS 解析器将从权威 DNS 服务器获得的 IP 地址返回给用户的操作系统，操作系统再将其传递给浏览器。

6. 浏览器访问服务器#

最后，浏览器通过返回的 IP 地址向目标服务器发起请求，建立连接并获取网页内容。

7. DNS 缓存#

为了提高后续访问效率，操作系统和本地 DNS 服务器会缓存此域名与 IP 地址的映射，缓存会在一定时间后过期（通常由 TTL 值控制），以减少后续解析的延迟。

ARP 的具体流程#

ARP 缓存#

• 为了减少每次通信时都要发送 ARP 请求，设备会将 ARP 映射关系保存到本地的 ARP 缓存中。ARP 缓存会定期过期，过期后需要重新发送 ARP 请求来更新映射关系。
• 缓存中包含了 IP 地址和对应的 MAC 地址的映射，每个条目都有生存时间（TTL，Time to Live），TTL 到期后，缓存会被清除。

ARP 的类型#

• ARP 请求：设备发起查询，询问目标设备的 MAC 地址。
• ARP 响应：目标设备回应请求，提供自己的 MAC 地址。

ARP 的安全性问题#

• ARP 欺骗（ARP Spoofing）：恶意攻击者可以向局域网中的设备发送虚假的 ARP 响应，使得设备误认为攻击者的 MAC 地址与某个合法设备的 IP 地址绑定，从而实现中间人攻击、数据窃听或拒绝服务攻击。
• ARP 缓存中毒：由于 ARP 请求和响应是不加密的，攻击者可以伪造 ARP 响应，导致目标设备缓存了错误的 MAC 地址，从而让攻击者拦截或篡改数据。

总的来说，ARP 是一个非常基础但至关重要的协议，确保设备在同一局域网内能够正确地找到彼此并进行数据通信。

DHCP 的工作流程#

DHCP 工作流程可以分为以下几个阶段，通常是一个四步过程（称为 DORA）：

其他细节#

• 租约（Lease）：DHCP 分配的 IP 地址是有时间限制的，这个时间称为“租约”。租约到期前，客户端可以发送续约请求（DHCP Request）来延长租约。
• DHCP NAK（Negative Acknowledgment）：如果 DHCP 服务器无法满足客户端的请求（比如某个 IP 地址已经被分配给其他设备），它会发送一个 DHCP NAK 消息，告知客户端重新请求一个新的 IP 地址。
• 重新获取（Rebinding）：当客户端使用的 IP 地址租约快到期时，客户端会尝试重新从 DHCP 服务器获取一个新的 IP 地址或者延长租约。如果客户端不能联系到原来的 DHCP 服务器，它会尝试联系其他 DHCP 服务器。

• DHCP 交互中，全程都是使用 UDP 通信。

• DHCP 中继代理是解决跨子网 DHCP 请求的关键技术，它可以将客户端的 DHCP 请求从一个子网转发到不同子网的 DHCP 服务器，确保客户端能够正常获取 IP 地址。

总结#

1. Discover：客户端广播请求 IP 地址。
2. Offer：DHCP 服务器响应提供可用的 IP 地址。
3. Request：客户端选择并请求确认提供的 IP 地址。
4. Acknowledge：DHCP 服务器确认并分配 IP 地址给客户端。

这个过程确保了客户端可以自动配置网络设置，无需手动配置 IP 地址、子网掩码、网关等信息。

ICMP 的常见用途#

1. 错误报告：当一个数据包无法到达目的地时，ICMP 会发送错误报告。例如，当目的主机不可达或路由不可达时，ICMP 就会生成一个消息。
2. 诊断工具：ICMP 通常用于网络诊断工具，如ping和traceroute。ping通过发送 ICMP 回显请求消息并等待回显应答来测试网络连通性。

ICMP 的基本工作流程#

ICMP 消息类型#

ICMP 消息可以分为几类，每种类型有不同的功能，最常见的包括：

• Echo Request（回显请求）：用于测试目标主机是否可达，通常通过ping命令发起。
• Echo Reply（回显应答）：用于响应回显请求，告诉发送者目标主机正常。
• Destination Unreachable（目的不可达）：当路由器无法将数据包送到目标时，发送给发送方的错误消息。
• Time Exceeded（时间超过）：当数据包的 TTL（生存时间）值为 0 时，路由器会发送此消息，通常用于traceroute工具。
• Redirect（重定向）：当路由器发现发送方应该使用另一个路由时，发送此消息来指引发送方。

ICMP 消息的格式#

每个 ICMP 消息都由以下几个部分组成：

1. 类型（Type）：消息的类型标识符，表示消息的目的。比如回显请求的类型是 8，回显应答的类型是 0。
2. 代码（Code）：类型下的细分信息，用于提供更多的上下文。例如，Destination Unreachable消息的代码表示不同的不可达原因（网络不可达、主机不可达等）。
3. 校验和（Checksum）：用于检测消息在传输过程中是否被损坏。
4. 其他数据：根据不同的消息类型，这部分的内容会有所不同，比如回显请求和回显应答消息会包含一个“标识符”和“序列号”来匹配请求和应答。

ICMP 的应用#

• 网络诊断：通过工具如ping、traceroute来检查网络的连通性和路径。
• 路由调整：某些路由器会根据 ICMP 重定向消息来调整数据包的路由。
• 错误报告：帮助发送方识别传输过程中出现的问题。

总之，ICMP 在网络中起到了非常重要的控制和反馈作用，尤其是在网络故障检测和调试过程中。

原理#

NAT 的工作原理基于以下几个步骤：

1. 私有网络到公共网络的转换：
   • 当内部设备（如本地网络中的计算机）发起与外部网络（如互联网）的通信时，NAT 设备（通常是路由器）会将数据包的源 IP 地址从私有 IP 地址转换为一个公共 IP 地址。
   • 例如，内部网络中的一台计算机的 IP 地址可能是192.168.1.10，而 NAT 设备会将该 IP 地址转换为公共 IP 地址，如203.0.113.1。
2. 端口映射（如果使用 PAT 时）：
   • 如果多个内部设备共享同一个公共 IP 地址，NAT 会使用端口号来区分不同的会话，这个过程叫做端口地址转换（PAT，Port Address Translation）。每个从内部网络发出的请求都会分配一个唯一的端口号，这样即使多个设备共享同一个公共 IP 地址，也能通过不同的端口号来区分不同的连接。
3. 外部网络返回数据时的反向转换：
   • 当外部网络（例如互联网）发送数据包到 NAT 设备时，NAT 会根据预设的规则或转换表，将数据包的目的 IP 地址转换回相应的私有 IP 地址，并将其转发到相应的内部设备。

示例#

假设内部网络有一台设备192.168.1.10，NAT 设备的公共 IP 地址是203.0.113.1：

• 内部设备发起请求：设备192.168.1.10向互联网发送 HTTP 请求。
• NAT 转换：NAT 设备将源 IP 地址192.168.1.10转换为公共 IP 地址203.0.113.1，并为该请求分配一个端口号（例如，203.0.113.1:10001）。
• 互联网响应：互联网服务器将响应数据包发送到203.0.113.1:10001。
• NAT 反向转换：NAT 设备根据端口号将目标地址转换回私有 IP 地址192.168.1.10，并将数据转发给该设备。

常见的 NAT 类型#

1. 静态 NAT：
   • 每个私有 IP 地址都映射到一个固定的公共 IP 地址。这种映射是永久性的，适用于需要直接访问外部网络的设备。
2. 动态 NAT：
   • 私有 IP 地址池会动态地映射到公共 IP 地址池中的地址，这样可以在多个设备之间共享公共 IP 地址。
3. 端口地址转换（PAT）：
   • 也叫 NAT 过载。它允许多个私有 IP 地址共享一个公共 IP 地址，使用不同的端口号来区分不同的连接。PAT 是最常用的 NAT 类型，适用于家庭和小型办公室的网络。