IP 支持協(xié)議在實(shí)際的通信中，僅憑IP 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要眾多支持IP 的相關(guān)技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)最終的通信。下面會(huì)陸續(xù)介紹IP 的各種輔助技術(shù)，具體包括DNS 、 ARP 、ICMP 、DHCP 、NA

IP 支持協(xié)議

在實(shí)際的通信中，僅憑IP 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要眾多支持IP 的相關(guān)技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)最終的通信。下面會(huì)陸續(xù)介紹IP 的各種輔助技術(shù)，具體包括DNS 、 ARP 、ICMP 、DHCP 、NAT 等，而其余的類似IP 隧道、IP 多播、IP 任播、質(zhì)量控制（QoS ）以及網(wǎng)絡(luò)擁塞的顯示通知和MobileIP 技術(shù)就 不一一詳細(xì)說明了。

第一節(jié)：人性化的發(fā)明——DNS

我們平常在訪問某個(gè)網(wǎng)站時(shí)幾乎從來都不會(huì)使用IP 地址，而是用一串英文字母和點(diǎn)號(hào)組成的字符串?？墒莻鬏攲覫P 協(xié)議在進(jìn)行通信的時(shí)候使用的都是IP 地址，那是什么幫我們完成從網(wǎng)址到IP 地址的轉(zhuǎn)換呢？答案就是，DNS （Domain Name System），域名系統(tǒng)。 首先，我們來看看域名的分層結(jié)構(gòu)圖：

最頂端是根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)下面有若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)，其中包括我們經(jīng)常接觸的.com 、.edu 、.gov 等。這些子節(jié)點(diǎn)又會(huì)作為父節(jié)點(diǎn)分支處更多的子節(jié)點(diǎn)，像一棵倒立的樹一樣延伸出去。 下面，我們來回憶一下DNS 查詢的流程是怎樣的。首先，為了將域名解析為IP 地址，會(huì)向DNS 服務(wù)器進(jìn)行查詢處理。接收這個(gè)查詢請(qǐng)求的域名服務(wù)器首先會(huì)在 自己的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查找。如果有該域名所對(duì)應(yīng)的IP 地址就返回。如果沒有，則域名服務(wù)器再向上一層根域名服務(wù)器進(jìn)行查詢處理。因此，從根開始對(duì)這棵樹按照順 序進(jìn)行遍歷，直到找到指定的域名服務(wù)器，并由整個(gè)域名服務(wù)器返回想要的數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，無論是解析器（進(jìn)行DNS 查詢的主機(jī)和軟件）還是域名服務(wù)器，都會(huì)將最新獲取到的信息保存在緩存里一段時(shí)間。這樣，可以減少每次查詢時(shí)的性能消耗。

第二節(jié)：數(shù)據(jù)鏈路層的渴望——ARP 協(xié)議

有了DNS 之后，我們已經(jīng)解決了域名解析轉(zhuǎn)換成IP 地址的問題。然而，在底層數(shù)據(jù)鏈路層，進(jìn)行實(shí)際通信時(shí)卻有必要了解每個(gè)IP 地址所對(duì)應(yīng)的MAC 地址。

ARP是一種解決地址問題的協(xié)議。以目標(biāo)IP 地址為線索，用來定位下一個(gè)應(yīng)該接收數(shù)據(jù)分包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)應(yīng)的MAC 地址。如果目標(biāo)主機(jī)不在 同一個(gè)鏈路上時(shí)，可以通過ARP 查找下一跳路由器的MAC 地址。（不過ARP 只適用于IPv4，不能用于IPv6。IPv6中可以用ICMPv6替代 ARP 發(fā)送鄰居探索消息）簡而言之，ARP 是借助ARP 請(qǐng)求與ARP 響應(yīng)兩種類型的包確定MAC 地址的。

從一個(gè)IP 地址發(fā)送ARP 請(qǐng)求包以了解其MAC 地址，目標(biāo)地址將自己的MAC 地址填入其中的ARP 響應(yīng)包返回到IP 地址。由此，可以通過ARP 從IP 地址獲得MAC 地址，實(shí)現(xiàn)鏈路內(nèi)的IP 通信。（ARP 請(qǐng)求包還有一個(gè)作用，那就是將自己的MAC 地址告訴給對(duì)方）

順便提一下RARP （Reverse Address Resolution Protocol）是將ARP 反過來，從MAC 地址定位IP 地址的一種協(xié)議。例如將打印機(jī)服務(wù)器等小型嵌入式設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)時(shí)就經(jīng)常會(huì)用得到。

第三節(jié)：輔助IP 的ICMP

架構(gòu)IP 網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要特別注意兩點(diǎn)：確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否正常工作，以及遇到異常時(shí)進(jìn)行問題診斷。ICMP 正是提供這類功能的一種協(xié)議（我們經(jīng)常使用的ping 指令以及tracert 指令都是基于ICMP 協(xié)議所實(shí)現(xiàn)的）——處女面的時(shí)候就遇到這一題。

ICMP 的主要功能包括，確認(rèn)IP 包是否成功送達(dá)目標(biāo)地址，通知在發(fā)送過程當(dāng)中IP 包被廢棄的具體原因，改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。有了這些功能以后，我們就可以獲得網(wǎng)絡(luò)是否正常、設(shè)置是否有誤以及設(shè)備有何異常等信息，從而便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上的問題診斷。

ICMP的消息大致可以分為兩類：一類是通知出錯(cuò)原因的錯(cuò)誤消息，另一類是用于診斷的查詢消息。具體的內(nèi)容就不詳細(xì)探討了，后面總結(jié)常見面試題的時(shí)候可能會(huì)進(jìn)一步討論。

第四節(jié)：實(shí)現(xiàn)即插即用的DHCP

想象一下，如果我們拿著一臺(tái)MAC 到星巴克裝X ，還要跟讓店員告訴我們要怎么設(shè)置IP 地址，而且還要注意不能跟別人重復(fù)以防止IP 地址沖突，這是一件多么 敗壞土豪興致的事情。于是，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)置IP 地址、統(tǒng)一管理IP 地址分配，就產(chǎn)生了DHCP （Dynamic Host Configuration Protocol）協(xié)議。有了DHCP ，計(jì)算機(jī)只要連接到網(wǎng)絡(luò)，就可以進(jìn)行TCP/IP通信。也就是說，DHCP 讓即插即用變得可能。

使用DHCP 之前，首先要架設(shè)一臺(tái)DHCP 服務(wù)器。然后將DHCP 所要分配的IP 地址設(shè)置到服務(wù)器上。此外，還需要將相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼、路由控制信息以及DNS 服務(wù)器的地址等設(shè)置到服務(wù)器上。一般來說，有wifi 功能的路由器都能充當(dāng)DHCP 服務(wù)器。

DHCP在分配IP 地址有兩種方法。一種是由DHCP 服務(wù)器在特定的IP 地址中自動(dòng)選出一個(gè)進(jìn)行分配。另一種方法是針對(duì)MAC 地址分配一個(gè)固定的IP 地址。這兩種方法可以并用。

第五節(jié)：私有地址與全局地址的轉(zhuǎn)換——NAT

NAT （Network Address Translator）是用于在本地網(wǎng)絡(luò)中使用私有地址，在連接互聯(lián)網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)而使用全局IP 地址的技術(shù)。除了轉(zhuǎn)換IP 地址外，還出現(xiàn)了可以轉(zhuǎn)換TCP 、 UDP 端口號(hào)的NAPT （Network Address Ports Translator）技術(shù)，由此可以實(shí)現(xiàn)用一個(gè)全局IP 地址與多個(gè)主機(jī)的通信。（看到這里是不是突然虎軀一震、菊花一緊呢？沒錯(cuò)，平時(shí)使用的路由器就是 用到這個(gè)協(xié)議，能讓我們用一個(gè)IP 地址多臺(tái)電腦上網(wǎng)。）

關(guān)于NAPT 是如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)IP 地址多個(gè)主機(jī)進(jìn)行TCP/IP通信的，我們會(huì)在后面的博客中詳細(xì)講述。不過這里可以先說這么一句：在使用TCP 或UDP 通 信當(dāng)中，只有目標(biāo)地址、源地址、目標(biāo)端口、源端口以及協(xié)議類型（TCP 或UDP ）五項(xiàng)內(nèi)容都一致時(shí)才被認(rèn)為是同一個(gè)通信連接，此時(shí)所使用的正是NAPT 。