动态IP分配协议 --- DHCP协议

主机如何获得IP地址：

静态配置

包括IP地址，子网掩码，默认网关

动态配置

由DHCP服务器来分配

DHCP协议：

动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户、服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。

DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址，子网掩码，默认网关，DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。

DHCP过程

主机广播DHCP发现报文 试图找到网络中的服务器，服务器获得一个IP地址
DHCP服务器广播DHCP提供报文 服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得
主机广播DHCP请求报文 主机向服务器请求提供该IP地址
DHCP服务器广播DHCP确认报文 正式将IP地址分配给主机

网际控制报文协议 --- ICMP协议

ICMP协议支持主机或路由器：

当分组传送错误后，网络层直接丢弃分组，并发送特定ICMP差错报文。也就是说IP数据报的数据部分就是ICMP报文

ICMP报文类型

ICMP差错报文

终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。
源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。（现在基本不会用）
时间超过：当路由器收到生存时间TTL = 0数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文（应用：Traceroute，跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文）
参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）

ICMP差错报告报文的数据字段：

所有的差错报告报文的数据字段的格式都是一样的，把收到的需要进行差错报告的IP数据报首部以及前八个字节取出来作为ICMP报文的数据字段，再加上ICMP差错报告报文的前八个字节，接下来再加上IP数据报的首部，就构成了一个完整的数据报。

不应发送ICMP差错报文的情况：

对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
对具有组播（区分与广播：广播是一点发送给所有结点，而组播是一点发送给多个结点，而不是所有结点）地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文。

ICMP询问报文

回送请求和回答报文主机或路由器向特定目的地址发出的询问，受到此报文的主机必须给源主机或路由器回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。（应用：PING，测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文）
时间戳请求和回答报文请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
掩码地址请求和回答报文（不再使用）
路由器询问和通告报文（不再使用）

IP MAC映射获取 --- ARP协议

传输层的报文段到了网络层之后要加上源主机和目的主机的IP地址（源主机IP地址IP1和目的主机IP地址IP3）.到了数据链路层之后，还要加上MAC地址（源MAC地址MAC1和目的MAC地址MAC3），MAC3地址怎么填入呢

每个主机都有一个ARP高速缓存（IP地址与MAC地址的映射，为同一个网络内的IP与MAC映射），那么每个主机中的ARP是怎么来的呢，首先源主机广播ARP请求分组，如下：

包括自己的IP地址以及要查询的IP地址，自己的MAC地MAC1，和想要查询的MAC置为FF-FF-FF-FF-FF-FF，只有要查询的主机才会发送响应分组，发送如下：

这样源主机就知道了目的主机的MAC地址了。

但是以上情况是在源主机和目的主机在同一个网络内的情况，因为ARP中存储的只是自己所属的网络内的IP地址和MAC地址的映射，如果两个主机不在同一个网络内呢，首先源主机把要查询MAC地址的IP地址与自己的子网掩码相与，看看两个IP地址是否在同一个网络内，当发现不在一个网络:

源主机->源主机路由器：用以上方法先查询到默认网关（也就是相连的路由器端口，路由器的每个端口的MAC地址都不同）的MAC地址。路由器之间通信，源IP地址和目的IP地址是不变的（就是不会换成路由器的IP）。
源主机路由器->目的主机路由器：源主机发送数据，目的MAC就会填自己的网关（相连的路由器端口）的MAC地址，然后数据在源主机路由器和目的主机路由器传送时，IP地址还是源主机和目的主机的IP地址，但是源MAC地址会换成源主机所属的路由器与目的主机所属的路由器相连的网关（源主机所属的路由器）的MAC地址，目的MAC地址为目的主机所属路由器与源主机路由器相连的网关的MAC地址：
目的主机路由器->目的主机：目的主机路由器会找到目的主机MAC地址（用上述方法）

总结：

由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址

ARP协议：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射（解决下一跳走哪的问题）

ARP协议使用过程：检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP高速缓存（10~20min更新一次）

ARP协议4种典型情况：

主机A发送给本网络上的主机B：用ARP找到主机B的硬件地址
主机A发给另一网络的主机B：用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址
路由器发给本网络的主机A：用ARP找到主机A的硬件
路由器发给另一网络的主机B：用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。

IP数据报组播 --- IGMP协议+组播路由选择协议

IP数据报的三种传输方式

单播：单播用于发送数据包到单个目的地，且每发送一份单播报文都使用一个单播IP地址作为目的地址。是一种点对点传输方式。
广播：广播是指发送数据包到同一广播域或子网内的所有设备的一种数据传输方式，是一种点对多点传输方式。
组播（多播）：当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者仅发送一次数据，借助组播路由协议为组播数据包建立组播分发树，被发送的数据到达距离用户端尽可能近的结点后菜开始复制和分发，是一种点对多点传输方式。

组播提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器 --- 运行组播协议的路由器的支持）。

IP组播地址

IP组播地址让源设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址（一群共同需求主机的相同标识）。

组播地址范围为224.0.0.0 ~ 239.255.255.255（D类地址），一个D类地址表示一个组播组。只能用作分组的目标地址。源地址总是为单播地址。

需要注意：

组播数据报也是“尽最大努力交付”，不提供可靠交付，应用于UDP。
对组播数据报不产生ICMP差错报文。
并非所有D类地址都可以作为组播地址。

硬件组播

在局域网范围内进行硬件组播。同单播地址一样，组播IP地址也需要相应的组播MAC地址在本地网络中实际传送帧。组播MAC地址以十六进制值01-00-5E打头，余下的6个十六进制位是根据IP组播组地址的最后23位转换得到的。

收到多播数据报的主机，还要再IP层利用软件进行过滤，把不是本主机要接收的数据报丢弃。

IGMP协议与组播路由选择协议

网际组管理协议IGMP

IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机（的进程）参加或退出了某个组播组。

IGMP工作的两个阶段

某主机要加入组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要成为该组的成员。本地组播路由器收到IGMP报文后，要利用组播路由选择协议把这组成员关系发给因特网上的其他组播路由器。
本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还是组播组的成员。只要有一个主机对某个组响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的；如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上没有此组播组的主机，因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。（组播路由器知道的成员关系只是所连接的局域网中有无组播组的成员）