【网络】DNS、ICMP、NAT

一、DNS(Domain Name System)

1、DNS背景

2、域名简介

二、ICMP协议

1、ICMP功能

2、ICMP的报文格式

3、ping命令

4、traceroute命令

三、NAT技术

1、NAT技术背景

2、NAT IP转换过程

3、NAPT

4、NAT技术的缺陷

5、NAT和代理服务器

一、DNS(Domain Name System)

DNS是一整套从域名映射到IP的系统

1、DNS背景

TCP/IP中使用IP地址和端口号来确定网络上的一台主机的一个程序。但是IP地址不方便记忆。于是人们发明了一种叫主机名的东西，是一个字符串，并且使用hosts文件来描述主机名和IP地址的关系。

最初，通过互连网信息中心(SRI-NIC)来管理这个hosts文件的。

如果一个新计算机要接入网络，或者某个计算机IP变更，都需要到信息中心申请变更hosts文件。
其他计算机也需要定期下载更新新版本的hosts文件才能正确上网。

这样就太麻烦了，于是产生了DNS系统。

一个组织的系统管理机构，维护系统内的每个主机的IP和主机名的对应关系。
如果新计算机接入网络，将这个信息注册到数据库中。
用户输入域名的时候，会自动查询DNS服务器，由DNS服务器检索数据库，得到对应的IP地址。

至今，我们的计算机上仍然保留了hosts文件。在域名解析的过程中仍然会优先查找hosts文件的内容。

cat /etc/hosts

2、域名简介

主域名是用来识别主机名称和主机所属的组织机构的一种分层结构的名称。

www.baidu.com

域名使用 . 连接

com：一级域名。表示这是一个企业域名。同级的还有 "net"(网络提供商)，"org"(非盈利组织) 等。
baidu：二级域名，公司名。
www：只是一种习惯用法。之前人们在使用域名时，往往命名成类似于ftp.xxx.xxx/www.xxx.xxx这样的格式，来表示主机支持的协议。

二、ICMP协议

ICMP协议是一个网络层协议。

一个新搭建好的网络，往往需要先进行一个简单的测试，来验证网络是否畅通。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。

1、ICMP功能

ICMP正是提供这种功能的协议; ICMP主要功能包括：

确认IP包是否成功到达目标地址。
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。但是它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的情况下，需要是用ICMPv6。
应用层可以绕过TCP/UDP协议，直接使用ICMP协议进行测试工作。

2、ICMP的报文格式

ICMP是作为IP报文的有效载荷使用的。

ICMP大概分为两类报文：

一类是通知出错原因
一类是用于诊断查询

3、ping命令

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包中的Time To Live，生存周期)。
ping命令会先发送一个 ICMP Echo Request给对端。
对端接收到之后，会返回一个ICMP Echo Reply。

ping命令基于ICMP，是在网络层。而端口号，是传输层的内容。在ICMP中根本就不关注端口号这样的信息。

4、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。

三、NAT技术

1、NAT技术背景

IPv4协议中，IP地址存在数量不充足的问题。

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能够将私有IP对外通信时转为全局IP。也就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法。
很多学校，家庭，公司内部采用每个终端设置私有IP，而在路由器或必要的服务器上设置全局IP。
全局IP要求唯一，但是私有IP不需要。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

NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP 202.244.174.37;
NAT路由器收到外部的数据时, 又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10;
在NAT路由器内部, 有一张自动生成的, 用于地址转换的表;
当 10.0.0.10 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

那么问题来了，如果局域网内，有多个主机都访问同一个外网服务器，那么对于服务器返回的数据中，目的IP都是相同的。那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域网的主机？

又如果同一个局域网内有多个主机的多个客户端访问同一个外网服务器，且不同主机的客户端的端口号恰好相同，又怎么区分这些相应分别属于哪些客户端。

这时候NAPT来解决这个问题了。使用IP+port来建立这个关联关系。

这种关联关系也是由NAT路由器自动维护的。例如在TCP的情况下，建立连接时，就会生成这个表项。在断开连接后，就会删除这个表项。

在网络中，要弱化主机的概念，把所有的请求或响应都看作是一个个独立客户端或服务器发起的，NAPT给每一个进程使用 IP + port 起了一个名字，这个名字在本局域网与公网中，全网唯一。

在NAT路由器把数据进行转发时，会在内部建立一个源地址与目的地址的映射表，这些地址都是唯一的。因此在收到数据时，也可以根据映射表找到对应的进程，并转发回去。

这样看来，似乎只需要维护内网客户端的 IP + port 与NAPT根据 IP + port 所取的名字的映射关系就可以了，这样足以完成数据发送与接收的过程，为什么还要维护公网服务器的IP + port 的映射关系呢？这是处于安全的考虑，如果不维护，那么公网中所有的请求响应，只要 IP + port 是正确的，就可以成功发送到内网之中，这样很容易搞崩一个内网。

4、NAT技术的缺陷

由于NAT依赖这个转换表，所以有诸多限制：

无法从NAT外部向内部服务器建立连接。
装换表的生成和销毁都需要额外开销。
通信过程中一旦NAT设备异常，即使存在热备，所有的TCP连接也都会断开。

5、NAT和代理服务器

路由器往往都具备NAT设备的功能，通过NAT设备进行中转，完成子网设备和其他子网设备的通信过程。

代理服务器看起来和NAT设备有一点像。客户端像代理服务器发送请求，代理服务器将请求转发给真正要请求的服务器。服务器返回结果后，代理服务器又把结果回传给客户端。

那么NAT和代理服务器的区别有哪些呢?

从应用上讲，NAT设备是网络基础设备之一，解决的是IP不足的问题。代理服务器则是更贴近具体应用，比如通过代理服务器进行翻墙，另外像迅游这样的加速器，也是使用代理服务器。
从底层实现上讲，NAT是工作在网络层，直接对IP地址进行替换。代理服务器往往工作在应用层。
从使用范围上讲，NAT一般在局域网的出口部署，代理服务器可以在局域网做，也可以在广域网做，也可以跨网。
从部署位置上看，NAT一般集成在防火墙，路由器等硬件设备上，代理服务器则是一个软件程序，需要部署在服务器上。

代理服务器是一种应用比较广的技术：