《IP以及DNS專題》課件

IP以及DNS專題本專題將深入探討IP地址和DNS系統(tǒng)，并介紹它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)通信中的重要作用。我們將學(xué)習(xí)IP地址的分類和結(jié)構(gòu)，以及DNS系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制和重要應(yīng)用。專題大綱IP地址概述IP地址是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)上的唯一標(biāo)識(shí)，用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備。DNS服務(wù)簡(jiǎn)介DNS服務(wù)將域名解析為IP地址，使人們更容易訪問(wèn)網(wǎng)站和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。DHCP服務(wù)概述DHCP服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)分配IP地址、子網(wǎng)掩碼和其他網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)。NAT技術(shù)概述NAT技術(shù)用于隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址，以提高網(wǎng)絡(luò)安全性并節(jié)省IP地址資源。IP地址概述IP地址是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)或設(shè)備。IP地址是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的重要組成部分，用于尋址和路由數(shù)據(jù)包。IP地址可以分為公網(wǎng)IP地址和私網(wǎng)IP地址，公網(wǎng)IP地址用于連接互聯(lián)網(wǎng)，私網(wǎng)IP地址用于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。IP地址分類IPv4地址分類IPv4地址分為五類，分別為A類、B類、C類、D類和E類，用于不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和應(yīng)用場(chǎng)景。A類地址用于大型網(wǎng)絡(luò)，提供較大的主機(jī)地址空間。B類地址適用于中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，提供中等大小的主機(jī)地址空間。C類地址適用于小型網(wǎng)絡(luò)，提供較小的主機(jī)地址空間。D類地址用于組播通信，允許將數(shù)據(jù)廣播到多個(gè)接收者。E類地址保留用于未來(lái)使用，目前尚未被廣泛采用。IPv6地址分類IPv6地址分類基于地址塊的劃分，每個(gè)塊對(duì)應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)類型和用途。全局唯一地址用于互聯(lián)網(wǎng)上的通信，確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備擁有唯一的地址。本地鏈接地址用于同一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)中的通信，避免與全局地址沖突。站點(diǎn)本地地址用于同一站點(diǎn)內(nèi)的通信，提供更大的靈活性和安全性。特殊地址用于特定用途，例如組播、測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)管理。IP地址分配1地址空間分配互聯(lián)網(wǎng)地址空間分配給各個(gè)國(guó)家和地區(qū)。2網(wǎng)絡(luò)分配每個(gè)國(guó)家和地區(qū)分配的地址空間被進(jìn)一步分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)。3主機(jī)分配每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分配的地址空間進(jìn)一步分配給該網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)。IP地址分配是一個(gè)復(fù)雜的流程，需要協(xié)調(diào)多個(gè)利益相關(guān)者，例如，互聯(lián)網(wǎng)號(hào)碼分配機(jī)構(gòu)(IANA)、區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)(RIR)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)。IP路由基礎(chǔ)1路由器路由器是網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，它負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。2路由表路由表存儲(chǔ)著路由信息，用于指導(dǎo)路由器選擇最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。3路由協(xié)議路由協(xié)議用于更新路由表，確保路由信息準(zhǔn)確無(wú)誤。IP報(bào)文格式IP報(bào)文頭部包含版本號(hào)、頭部長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度、標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、分片偏移、生存時(shí)間、協(xié)議、頭部校驗(yàn)和等信息。IP報(bào)文數(shù)據(jù)段承載著各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)，例如TCP、UDP、ICMP等。IP報(bào)文校驗(yàn)和用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)完整性。IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)流程1數(shù)據(jù)包到達(dá)數(shù)據(jù)包抵達(dá)路由器接口2查找路由表路由器根據(jù)目標(biāo)IP地址查找路由表3選擇下一跳選擇下一跳路由器或目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)4轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)是網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，路由器是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的核心設(shè)備。數(shù)據(jù)包從源主機(jī)出發(fā)，經(jīng)過(guò)多個(gè)路由器，最終到達(dá)目標(biāo)主機(jī)。IP數(shù)據(jù)包分片與重組分片目的當(dāng)IP數(shù)據(jù)包大小超過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖畲驧TU時(shí)，需要將數(shù)據(jù)包分割成多個(gè)更小的片段，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸限制。分片過(guò)程源主機(jī)將IP數(shù)據(jù)包分成多個(gè)片段，并在每個(gè)片段中添加分片標(biāo)識(shí)符和偏移量等信息，用于標(biāo)識(shí)和重組。重組過(guò)程目的主機(jī)接收到所有片段后，根據(jù)分片標(biāo)識(shí)符和偏移量等信息，將所有片段重新組裝成完整的數(shù)據(jù)包。分片影響分片會(huì)增加IP數(shù)據(jù)包的處理和傳輸開(kāi)銷，降低網(wǎng)絡(luò)效率。IP協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議屬于網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸層傳輸層協(xié)議如TCP和UDP，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸和端到端通信。應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議如HTTP、FTP、SMTP，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的通信和數(shù)據(jù)交互。DNS服務(wù)簡(jiǎn)介DNS服務(wù)是域名系統(tǒng)(DomainNameSystem)的簡(jiǎn)稱，是互聯(lián)網(wǎng)中重要的基礎(chǔ)服務(wù)之一。DNS服務(wù)將人們易于記憶的域名轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的IP地址，使人們能夠方便地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)上的各種資源。DNS域名系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1根域名服務(wù)器位于世界各地，提供最頂層域名的信息，例如.com、.org、.net等。2頂級(jí)域名服務(wù)器負(fù)責(zé)管理特定頂級(jí)域的信息，例如com、org、net等，并將其委托給相應(yīng)的二級(jí)域名服務(wù)器。3權(quán)威域名服務(wù)器管理特定域名及其子域名信息的服務(wù)器，負(fù)責(zé)響應(yīng)DNS查詢請(qǐng)求并提供有關(guān)該域的詳細(xì)信息。4緩存域名服務(wù)器負(fù)責(zé)緩存解析過(guò)的域名信息，以加快后續(xù)的DNS查詢速度，減少對(duì)權(quán)威域名服務(wù)器的訪問(wèn)壓力。DNS域名解析過(guò)程查詢請(qǐng)求客戶端向本地DNS服務(wù)器發(fā)送域名解析請(qǐng)求，請(qǐng)求解析目標(biāo)域名對(duì)應(yīng)的IP地址。緩存查找本地DNS服務(wù)器首先檢查緩存，看是否已經(jīng)緩存了該域名的解析結(jié)果。遞歸查詢?nèi)绻镜谼NS服務(wù)器沒(méi)有緩存結(jié)果，則會(huì)向根域名服務(wù)器發(fā)送查詢請(qǐng)求，開(kāi)始遞歸查詢過(guò)程。迭代查詢根域名服務(wù)器會(huì)返回頂級(jí)域名服務(wù)器的地址，本地DNS服務(wù)器會(huì)向頂級(jí)域名服務(wù)器發(fā)送查詢請(qǐng)求。返回解析結(jié)果最終，本地DNS服務(wù)器會(huì)收到目標(biāo)域名的IP地址，并將結(jié)果緩存起來(lái)，然后將解析結(jié)果返回給客戶端。DNS服務(wù)器類型遞歸服務(wù)器遞歸服務(wù)器負(fù)責(zé)響應(yīng)來(lái)自客戶端的域名解析請(qǐng)求。它會(huì)向其他DNS服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求并返回最終結(jié)果。權(quán)威服務(wù)器權(quán)威服務(wù)器存儲(chǔ)了特定域名的DNS記錄，并為其提供權(quán)威的解析結(jié)果。緩存服務(wù)器緩存服務(wù)器存儲(chǔ)了最近的DNS解析結(jié)果，以提高解析速度，減少對(duì)權(quán)威服務(wù)器的訪問(wèn)。根服務(wù)器根服務(wù)器是DNS域名系統(tǒng)中的最高級(jí)服務(wù)器，它存儲(chǔ)了根域名的DNS記錄，并指向其他頂級(jí)域的服務(wù)器。常見(jiàn)DNS記錄類型1A記錄將域名映射到IPv4地址，是常見(jiàn)的記錄類型。2AAAA記錄將域名映射到IPv6地址，用于IPv6環(huán)境。3CNAME記錄別名記錄，將一個(gè)域名指向另一個(gè)域名。4MX記錄郵件服務(wù)器記錄，用于指定域名對(duì)應(yīng)的郵件服務(wù)器。DNS安全機(jī)制DNS欺騙攻擊者通過(guò)偽造DNS服務(wù)器，將受害者引向惡意網(wǎng)站。常見(jiàn)的DNS欺騙攻擊包括緩存中毒和DNS劫持。DNS隧道攻擊者利用DNS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，繞過(guò)防火墻等安全措施。例如，使用DNS請(qǐng)求發(fā)送惡意代碼，執(zhí)行攻擊。DNS污染攻擊者向DNS服務(wù)器注入虛假信息，污染DNS緩存。導(dǎo)致受害者無(wú)法訪問(wèn)合法網(wǎng)站，或被引導(dǎo)到惡意網(wǎng)站。DNS安全措施DNSSEC：通過(guò)數(shù)字簽名驗(yàn)證DNS數(shù)據(jù)，防止篡改。使用安全的DNS解析器，避免被欺騙攻擊。DHCP服務(wù)概述DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol)是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于自動(dòng)分配IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)和其他網(wǎng)絡(luò)配置信息給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。DHCP服務(wù)器會(huì)管理IP地址池，并根據(jù)請(qǐng)求動(dòng)態(tài)地分配IP地址給客戶端設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、手機(jī)和打印機(jī)。DHCP簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理，提高了網(wǎng)絡(luò)效率，并使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠自動(dòng)連接到網(wǎng)絡(luò)。DHCP報(bào)文交互過(guò)程1DHCP發(fā)現(xiàn)客戶端廣播DHCP發(fā)現(xiàn)報(bào)文2DHCP提供服務(wù)器響應(yīng)DHCP提供報(bào)文3DHCP請(qǐng)求客戶端請(qǐng)求DHCP請(qǐng)求報(bào)文4DHCP確認(rèn)服務(wù)器確認(rèn)DHCP確認(rèn)報(bào)文DHCP協(xié)議使用UDP協(xié)議進(jìn)行通信，并使用端口號(hào)67和68進(jìn)行通信。DHCP報(bào)文交互過(guò)程包括四個(gè)步驟：DHCP發(fā)現(xiàn)、DHCP提供、DHCP請(qǐng)求和DHCP確認(rèn)。DHCP地址分配方式手動(dòng)分配管理員手動(dòng)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等信息，適用于規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)。自動(dòng)分配DHCP服務(wù)器自動(dòng)分配IP地址，無(wú)需手動(dòng)配置，適用于規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)分配DHCP服務(wù)器分配IP地址，但地址在一段時(shí)間后會(huì)失效，需要重新申請(qǐng)。保留分配DHCP服務(wù)器預(yù)留特定IP地址，用于分配給特定設(shè)備，確保這些設(shè)備始終使用相同的IP地址。DHCP配置參數(shù)IP地址池DHCP服務(wù)器分配給客戶端的IP地址范圍，以及分配策略。例如，使用哪些IP地址范圍，分配的地址是否固定，以及地址租用時(shí)間等。子網(wǎng)掩碼DHCP服務(wù)器用于配置客戶端網(wǎng)絡(luò)接口的子網(wǎng)掩碼，以便客戶端能夠正確識(shí)別自己的網(wǎng)絡(luò)范圍。默認(rèn)網(wǎng)關(guān)DHCP服務(wù)器用于設(shè)置客戶端的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，以便客戶端能夠訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)外的資源。DNS服務(wù)器DHCP服務(wù)器可以向客戶端提供DNS服務(wù)器地址，以便客戶端能夠進(jìn)行域名解析。NAT技術(shù)概述NAT（NetworkAddressTranslation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)將私有IP地址轉(zhuǎn)換為公有IP地址，實(shí)現(xiàn)多個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)主機(jī)共享一個(gè)公網(wǎng)IP地址訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。NAT技術(shù)可以有效地節(jié)約公網(wǎng)IP資源，并提高網(wǎng)絡(luò)安全性，防止外部攻擊者直接訪問(wèn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。NAT轉(zhuǎn)換方式靜態(tài)NAT將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)IP地址映射到外部網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)特定IP地址。動(dòng)態(tài)NAT內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的IP地址可以映射到外部網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)IP地址之一。端口轉(zhuǎn)發(fā)將來(lái)自外部網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的特定主機(jī)或服務(wù)。NAT端口復(fù)用將多個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)IP地址映射到外部網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)IP地址。NAT轉(zhuǎn)換過(guò)程1源地址轉(zhuǎn)換內(nèi)網(wǎng)主機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，NAT設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)包的源IP地址替換為NAT設(shè)備的公網(wǎng)IP地址，同時(shí)記錄源IP地址和端口號(hào)的映射關(guān)系。2目標(biāo)地址轉(zhuǎn)換當(dāng)NAT設(shè)備接收到來(lái)自公網(wǎng)的針對(duì)內(nèi)網(wǎng)主機(jī)的訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，NAT設(shè)備會(huì)根據(jù)映射關(guān)系，將數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP地址替換為內(nèi)網(wǎng)主機(jī)的IP地址，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)主機(jī)。3端口號(hào)轉(zhuǎn)換NAT設(shè)備還會(huì)將數(shù)據(jù)包的端口號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以確保不同內(nèi)網(wǎng)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)流不會(huì)相互干擾。NAT應(yīng)用場(chǎng)景11.私有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)公網(wǎng)NAT允許內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)使用私有IP地址訪問(wèn)公網(wǎng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)安全性。22.地址復(fù)用多個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享少量公網(wǎng)IP地址，節(jié)省公網(wǎng)IP資源。33.網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址，增強(qiáng)安全性，防止外部攻擊。44.提高網(wǎng)絡(luò)效率NAT可以減少網(wǎng)絡(luò)路由表的大小，提高路由效率。NAT常見(jiàn)問(wèn)題安全隱患NAT可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，例如端口掃描和攻擊。連接性問(wèn)題NAT可能導(dǎo)致某些應(yīng)用程序無(wú)法正常工作，例如無(wú)法連接到特定服務(wù)。配置復(fù)雜性NAT需要仔細(xì)配置，才能確保網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。故障排除難度NAT故障診斷可能比較困難，需要專業(yè)的知識(shí)和工具。IPV6地址體系結(jié)構(gòu)IPv6是一種新的IP地址體系結(jié)構(gòu)，旨在解決IPv4地址空間不足的問(wèn)題。IPv6使用128位地址，提供更大的地址空間，可以滿足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。IPV6地址分類單播地址用于唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)特定設(shè)備。組播地址用于向同一組設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。任播地址用于向最近的一個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。廣播地址用于向網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。IPV6報(bào)文格式IPV6報(bào)文結(jié)構(gòu)與IPV4報(bào)文結(jié)構(gòu)相似，但包含更多信息。其頭部長(zhǎng)度固定為40字節(jié)，包含版本號(hào)、流量類別、流標(biāo)簽、有效載荷長(zhǎng)度、下一層協(xié)議、跳數(shù)限制、源地址和目標(biāo)地址等字段。IPV6報(bào)文格式更靈活，支持?jǐn)U展頭部，允許擴(kuò)展字段用于特定功能，如安全、路由、隧道等。IPv6路由與轉(zhuǎn)發(fā)1地址解析IPv6地址解析與IPv4相似，但使用不同的協(xié)議。2路由表路由器使用IPv6路由表來(lái)確定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。3數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。4地址轉(zhuǎn)換IPv6網(wǎng)絡(luò)使用NAT技術(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換IPv6地址。IPv6路由和轉(zhuǎn)發(fā)遵循與IPv4相似的原則，但存在一些差異。IPv6路由表使用更復(fù)雜的地址解析機(jī)制來(lái)處理更長(zhǎng)的IPv6地址。IPv6網(wǎng)絡(luò)可以使用NAT技術(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換IPv6地址，以便將IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到IPv4網(wǎng)絡(luò)。IPV6過(guò)渡機(jī)制隧道技術(shù)IPv6數(shù)據(jù)包通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行封裝傳輸，使IPv6網(wǎng)絡(luò)能夠與IPv4網(wǎng)絡(luò)互通。雙棧技術(shù)同時(shí)支持IPv4和IPv6協(xié)議棧，使設(shè)備能夠同時(shí)處