Linux网络协议ARP IGMP ICMP的理解

概念理解：

把这三种关键的协议想象成一个公司的不同部门：

ARP: 像是公司的内部电话薄，负责查询内部同事（同一个网络的设备）的分机号（MAC地址）。

ICMP:像是公司的后勤和运维部门，负责测试网络连通性（ping）报告错误（目标不可达）等，保证网络基础设备的健康。

IGMP:像是公司的内部广播小组，负责管理谁想接收公司的群组广播（组播流量）。

1、ARP - 地址解析协议

工作层次：数据链路层（第二层）网络层（第三层）之间。
核心功能：根据IP地址查询对应的MAC地址（物理地址）。

为什么要使用ARP?

局域网（LAN）中,数据包的最终传输是靠MAC地址而不是IP地址。当一台设备想要和同网段的另一台设备通讯的时候，他只知道目标地址的IP地址，但是不知道目标地址的MAC地址，数据帧就无法被正常组装和发送。
为什么在第二层

ARP报文是直接封装在数据链路层的帧中传输的（如：以太网帧）。他不使用IP协议。
工作范围被限制在了一个局域网中，这是典型的数据链路层特征。
**数据帧结构示意

test 复制代码

[ 以太网帧头 | ARP请求/应答报文 | 帧校验 ]

其中以太网帧头包含了源和目标的MAC地址。

工作原理：

ARP使用广播的方式来查询：
1.1、ARP请求（广播） ：你的设备会向整个局域网广播一个消息："大家好，我是 192.168.1.10 ,我的mac地址是A1:A2:A3:A4:A5:A6 。请问IP地址是 192.168.1.20 的设备，你的mac地址是什么？"
1.2、ARP回复（单播） ：局域网中的所以设备都会收到这个广播，但是只有IP地址是 192.168.1.20 的设备会回应："你好，我是 192.168.1.20 我的mac地址是：B1:B2:B3:B4:B5:B6。"

然后地址就被记录在了ARP表里。

Linux中的相关命令

arp 和 ip neigh: 查看本地的ARP缓存，这个表记录了IP地址和MAC地址的的对应关系，由一定的有效期。

c 复制代码

$ ip neigh
192.168.1.1 dev eth0 lladdr cc:cc:cc:cc:cc:cc REACHABLE
192.168.1.20 dev eth0 lladdr b1:b2:b3:b4:b5:b6 STALE

arping :用于手动发送ARP请求包，常用语检测IP冲突或者测试网络连通性。

2、ICMP - 互联网控制消息协议

工作层次：网络层（第三层）
核心功能：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，如网络不通，主机是否可达，路由是否可用等。通常被认作是IP协议的一个组成部分。

为什么要使用ICMP?

IP协议本身就是"尽力而为"的，不提供差错报告和诊断机制。ICMP就是为了弥补这个缺陷而生的，负责网络的诊断。
常见应用：

Ping命令： 最著名的ICMP应用。ping 发送一个 ICMP Echo Request 消息到目标主机，如果目标主机在线且通畅，它会回复一个 ICMP Echo Reply。
Traceroute命令： 用于追踪数据包到达目标主机所经过的路由路径。它通过巧妙设置IP包的TTL（生存时间）值，并捕获路由器返回的 ICMP Time Exceeded 消息来实现。
错误报告： 当路由器无法将数据包发送到目的地时，它会向源IP发送一个 ICMP Destination Unreachable 消息。

linux中的向命令

ping <IP地址>：测试网络连通性。
traceroute <IP地址> 或 tracepath <IP地址>：追踪路由路径。

3、IGMP - 互联网组管理协议

工作层次：网络层（第三层）
核心功能：在IPv4中管理组播组成员。它允许主机告诉本地路由器："我想加入某个组播组"或者"我不想在接收某个组播组的流量了"。

为什么需要IGMP?

想象一下网络电视，如果服务器为每个请求者都发送一份独立的视频流（单播），网络带宽就会迅速的耗尽。组播解决了这个问题：服务器只发送一份视频流，由网络路由器负责复制并转发给所以声明要接受该流量的主机。

工作原理

1、一个组播源开始向另一个特定的组播IP发送数据。

2、局域网中的设备如果对这个组播内的内容感兴趣，会通过IGMP想本地路由器发送一个 Membership Reprot (成员报告)消息，说"我要加入这个组"。

3、路由器在接收到报告之后，就知道需要将发往该组播地址的数据流转发到这个设备所在的网段。

4、路由器会定期的发送 Membership Query (成员查询)消息，询问是否还有主机对组播流量感兴趣，如果摸个组中没有设备回应，路由器就会停止想该网段转发该组播流量。
在Linux中的相关命令：

netstat -g：显示当前主机加入了哪些组播组。
ss -g：同样可以显示组播组成员信息。