【Linux网络篇】：网络中的其他重要协议或技术——DNS，ICMP协议，NAT技术等

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文章目录

  • 其他重要协议或技术
    • 1.DNS
    • 2.ICMP协议
    • 3.NAT技术
    • 4.代理服务器

其他重要协议或技术

1.DNS

什么是DNS？

DNS（域名解析系统）是互联网的“电话簿”。它的作用是将人们易于记忆的域名（比如www.baidu.com）转换为计算机可以识别的IP地址，从而实现网络通信。

DNS的工作原理

  1. 用户输入域名

    用户在浏览器中输入一个网址（如 www.baidu.com）。

  2. 本地DNS缓存查询

    操作系统会先检查本地是否有该域名的IP地址缓存。如果有，直接返回IP地址。

  3. 递归查询

    如果本地没有缓存，系统会向本地DNS服务器（通常由网络运营商提供）发起查询请求。

  4. 本地DNS服务器查询

    • 本地DNS服务器先查找自己的缓存。
    • 如果没有，再向根DNS服务器发起请求。

  5. 根DNS服务器

    根服务器告诉本地DNS服务器，负责该顶级域（如.com、.cn）的顶级域名服务器（TLD）的地址。

  6. 顶级域名服务器（TLD）

    TLD服务器告诉本地DNS服务器，负责该具体域名（如baidu.com）的权威DNS服务器的地址。

  7. 权威DNS服务器

    权威DNS服务器返回该域名对应的IP地址。

  8. 返回结果

    本地DNS服务器将IP地址返回给用户的电脑，电脑再与目标服务器建立连接。

DNS解析的类型

  • 正向解析：域名->IP地址（最常见）；
  • 反向解析：IP地址->域名;

DNS的层级结构

  1. 根域（Root）：全球只有13组根服务器，负责顶级域的管理；
  2. 顶级域（TLD）：比如.com，.net，.cn等；
  3. 二级域：比如baidu.com中的baidu；
  4. 子域：比如www.baidu.com中的www；

2.ICMP协议

ICMP是一个网络层协议

一个新搭建好的网络，往往需要先进行一个简单的测试，来验证网络是否通畅；但是IP协议并不提供可靠传输；如果丢包了，IP协议并不能通知传输层是否丢包以及丢包的原因。

而ICMP正是提供这种功能的协议；ICMP主要功能包括：

  • 确认IP包是否成功达到目标地址；
  • 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因；
  • ICMP也是基于IP协议工作的，但是他并不是传输层的功能，因此人们仍然把它归结为网络层协议；
  • ICMP只能搭配IPv4使用，如果是IPv6的请求下，需要使用ICMPv6;

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ping命令

基于ICMP协议实现的，可以验证网络的连通性。

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  • 注意，此处ping的是域名，而不是URL，一个域名可以通过DNS解析成IP地址；
  • ping命令不光能验证网络的连通性，同时也会统计响应时间和TTL（IP包的生存周期）；
  • ping命令会发送一个ICMP Echo Request给对端；
  • 对端接收到之后，会返回一个ICMP Echo Reply；

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问题：telnet的端口号是23，ssh的端口号是22，那ping的端口号是多少？

ping没有端口号；因为端口号是TCP或UDP协议用来区分上层的不同应用进程的，属于传输层协议的概念，telnet和ssh都是基于TCP协议的应用层服务，所以有端口号；而ping命令是基于网络层的ICMP协议实现的，并不使用端口号，它实际上是向目标主机发送回显请求报文（ICMP Echo Request），对方收到之后回复回显应答报文（ICMP Echo Reply）。ping命令无法指定端口号，只能测试目标主机的网络连通性，而不能测试某个具体服务是否可用。

traceroute命令

也是基于ICMP协议实现，能够打印出可执行程序主机，一直到目标主机之前经历多少路由器。

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3.NAT技术

1.NAT技术背景

之前讲解网络层时提到过IPv4协议中，IP地址数量不充足的问题；而NAT技术是当前解决IP地址不够用的主要手段，是路由器的一个重要功能。

NAT能够讲私有IP对外通信时转换为公网IP，也就是一种将私有IP和公网IP相互转换的技术方法；

很多学校，家庭，公司内部采用每个终端设置私用IP，而在路由器或必要的服务器上设置公网IP；

公网IP要求唯一性，但是私有IP只在同一局域网中要求唯一性，在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的。

2.NAT IP转换过程

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  • NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成公网IP202.244.174.27；
  • NAT路由器收到外部的数据时，又会把目标IP从202.244.174.47替换成10.0.010；
  • 在NAT路由器内部，有一张自动生成，用于地址转换的表；
  • 当10.0.0.0第一次向163.221.120.9发送数据时就会生成表中的映射关系；

3.NAPT

但是这里就有个疑问了：

假设局域网中有3台主机，IP分别为A，B，C；他们通过同一个路由器（NAT设备）访问同一个公网服务器；路由器只有一个公网IP；所以服务器的应答包返回时，都是先发给这个公网IP对应的路由器，那路由器如何知道这些应答包应该转发给A，B，C中的哪一个呢？

所以这里要讲解一个关键点：

NAT设备不仅仅转化IP地址，还会转化端口号，这就是端口地址转化技术，也叫NAPT。

具体过程如下

  1. 内网主机发起连接

    • A主机10.0.0.10:1025->服务器163.221.120.9:80
    • B主机10.0.0.11:1025->服务器163.221.120.9:80
    • C主机10.0.0.12:1025->服务器163.221.120.9:80

  2. NAT设备转化内

    路由器将每个连接的源IP和源端口号，转换为自己的公网IP和唯一的端口号，并建立映射表。

    • 10.0.0.10:1025—>202.244.174.37:1025
    • 10.0.0.11:1025—>202.244.174.37:1026
    • 10.0.0.12:1025—>202.244.174.37:1027

  3. 服务器应答

    • 服务器收到请求后，回复数据包到路由器

  4. NAT设备查表转发

    路由器收到应答包后，根据端口号查找映射表：

    • 202.244.174.37:1025—>10.0.0.10:1025
    • 202.244.174.37:1026—>10.0.0.11:1025
    • 202.244.174.37:1027—>10.0.0.12:1025

    然后将数据包转发给对应的内网主机；

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一个注意点：

路由器收到来自内网主机的数据包时，会为每个连接分配一个唯一的公网端口号；这个公网端口号不是用来区分路由器上的不同应用进程的（端口号在主机上的作用），而是用来在NAT转换表中区分不同的连接，即区分不同的内网主机和它们的会话，（端口号在路由器上的作用）。

4.代理服务器

1.什么是代理服务器？

代理服务器是一种位于客户端和目标服务器之间的中间服务器。客户端通过代理服务器访问目标资源，代理服务器会转发请求并返回结果。

代理服务器的作用包括：隐藏真实IP，访问受限资源，缓存加速，负载均衡，安全防护。

2.正向代理

  • 定义：

正向代理是指客户端知道目标服务器的地址，但不能直接访问，需要通过代理服务器“代为”访问。

代理服务器位于客户端和目标服务器之间，代表客户端向外部发起请求。

  • 典型应用场景
    • 访问被屏蔽的网站（比如翻墙）；
    • 隐藏客户端真实IP；
    • 突破内网访问限制；
  • 例子：学校里的正向代理服务器

场景描述：

学校内部网络处于安全或管理原因，禁止学生电脑直接访问外网。学校部署了一台代理服务器，所有学生上网时，必须先把请求发给这台代理服务器，由它去访问外网，再把结果返回给学生。

说明：

  • 学生电脑配置了代理服务器的地址；
  • 代理服务器收到请求后，代表学生去访问外网；
  • 外网服务器看到的请求来源是学校代理服务器的IP，而不是学生的真实IP；

3.反向代理

  • 定义

反向代理是指客户端并不知道目标服务器的真实地址，只知道代理服务器的地址。

代理服务器位于外部网络和内部服务器之间，代表内部服务器接收外部请求，并将请求转发到后端服务器。

  • 典型应用场景

    • 负载均衡（分布请求到多台后端服务器）；
    • 安全防护（隐藏真实服务器IP，防止攻击）；
    • 缓存加速（代理服务器缓存静态资源）；

  • 例子：公司里的负载均衡反向代理服务器

场景描述：

公司有多个Web服务器对外提供服务，如果公司里所有用户都只访问某些个服务器，就会导致其余服务器一直处于闲置状态，分布不均衡；所以为了提升性能和可靠新，公司在外网部署了一台负载均衡服务器，所有用户访问公司网站时，先访问负载均衡服务器，由它根据负载情况把请求分布到后端的某一台服务器上。

说明：

  • 用户只知道负载均衡服务器的IP，不知道后端Web服务器的真实IP；
  • 负载均衡服务器根据策略把请求转发到不同的Web服务器；
  • 后端服务器的安全性和可用性都得到了提升；

以上就是关于网络中其他重要的协议和技术的讲解，如果哪里有错的话，可以在评论区指正，也欢迎大家一起讨论学习，如果对你的学习有帮助的话，点点赞关注支持一下吧！！！

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