這篇文章我們簡要介紹IP協(xié)議相關(guān)技術(shù)，下篇文章我們就會開始介紹這一系列教程的重點--傳輸層與TCP協(xié)議。
這篇文章我們會了解到DNS、ARP、NAT協(xié)議，這些協(xié)議雖然與TCP沒有直接關(guān)聯(lián)，但理解他們有助于鞏固基礎(chǔ)知識，更好的理解網(wǎng)絡(luò)工作的原理.

一、 DNS解析

1. 域名
   IP地址是用于識別通信雙方的地址，但它是一串長數(shù)字，不方便記憶，人們希望主機有自己的名字，這個名字是唯一的，并且是容易記住的。于是，誕生了“域名”的概念。域名是一種為了識別主機名稱和機構(gòu)名稱的具有分層的名稱，比如neu.edu.cn中，neu是主機名，edu是不同層次下的機構(gòu)名。

2. DNS解析
   域名和IP地址都可以唯一對應(yīng)一臺主機，DNS協(xié)議的作用就是將自身具有意義的域名轉(zhuǎn)換為不容易記住的IP地址。
   域名是分層的，每一層都有自己的DNS服務(wù)器，用于處理DNS解析的請求。這樣的好處在于每層的服務(wù)器不用關(guān)注過多的信息，它只要知道自己這一層下的域名服務(wù)器信息即可。以解析www.ietf.org為例：

DNS解析過程

根域名服務(wù)器其實并不知道www.ietf.org的IP地址，但是它知道ietf.org的域名服務(wù)器的地址，所以它把這條查詢請求轉(zhuǎn)發(fā)給ietf.org的域名服務(wù)器。DNS被逐層下發(fā)，直到找到對應(yīng)的IP地址為止。

二、 ARP協(xié)議（地址解析協(xié)議）

在通過以太網(wǎng)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包時，需要先封裝第三層IP首部（里邊包含目標IP地址）、第二層以太網(wǎng)幀首部（里邊包含目標MAC地址），但由于發(fā)送時只知道目標IP地址，不知道其MAC地址，又不能跨第二、三層，所以需要使用地址解析協(xié)議。ARP協(xié)議只使用于局域網(wǎng)中。

1. ARP（Address Resolution Protocol）用于根據(jù)目標IP地址，定位下一個接收數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MAC地址。結(jié)果是如果目標主機處在同一個數(shù)據(jù)鏈路上，可以直接得到目標主機的MAC地址，否則會得到下一個路由器的MAC地址。
2. ARP協(xié)議的工作原理可以分為兩部分：ARP請求和ARP響應(yīng)。
   首先源主機會通過廣播發(fā)送一個ARP請求包，“我要與目標IP地址進行通信，誰知道它的MAC地址”。
   數(shù)據(jù)鏈路上的所有主機都會收到這個消息并檢查自己的IP地址，如果與ARP請求中的IP地址一致，就會發(fā)送ARP響應(yīng)包，“我就是，我的MAC地址是xxxx...”。
   下圖描述了ARP協(xié)議的工作機制：

ARP工作機制

3. 在實際使用過程中，每次向目標主機發(fā)送數(shù)據(jù)都使用ARP是很低效的，通常的做法是把獲取到的MAC地址緩存一段時間。一般來說，一旦源主機向目標地址發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，接下來多次發(fā)送的概率非常大，所以這種緩存命中率很高。
   當下一次發(fā)送ARP請求或超過緩存時間以后，緩存都會失效，這保證了即使目標IP地址與MAC地址對應(yīng)關(guān)系即使發(fā)生了改變，數(shù)據(jù)包扔能被正確的發(fā)送到目標地址。
4. IP地址負責標記發(fā)送方和接收方,而MAC地址負責傳輸過程中的分段傳送,所以二者缺一不可。

三、NAT和NAPT技術(shù)

1. NAT（Network Address Translator）

NAT是一種將局域網(wǎng)中的私有IP地址轉(zhuǎn)換為全局IP地址的技術(shù)。
在連接上路由器的時候，如果檢查一下設(shè)備的IP地址，會發(fā)現(xiàn)是類似于192.168.1.1這樣的IP地址。那不同網(wǎng)段中，IP地址都是192.168.1.1的主機該如何通信呢？
下圖描述了NAT的工作原理：

NAT工作原理

2. NAPT

路由器只有一個對外的全局IP地址，如果有多個內(nèi)網(wǎng)主機都需要和外部通信怎么區(qū)分它們呢？這時就要用到NAPT技術(shù)了，它和NAT原理上類似，但它可以轉(zhuǎn)換TCP和UDP端口號。
在使用NAPT技術(shù)是，不同的內(nèi)網(wǎng)私有IP被轉(zhuǎn)換為相同的全局IP地址，也就是路由器對外顯示的全局IP地址，但是被附加不同的端口號加以區(qū)分：

NAPT工作原理

不管是NAT還是NAPT技術(shù)，都需要路由器內(nèi)部維護一張自動生成的地址轉(zhuǎn)換表。以TCP為例，建立TCP連接首次握手的SYN包發(fā)出時會生成這個表，關(guān)閉連接時會發(fā)出FIN包，收到這個包應(yīng)答時，轉(zhuǎn)換表會被刪除。
具體的TCP和三次握手我們會在下一篇文章中具體講解。

參考：
TCP/IP（三）：IP協(xié)議相關(guān)技術(shù)