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網(wǎng)絡(luò)傳輸前三層的真正核心思想

Linux愛好者 ? 來源:Linux愛好者 ? 作者:Linux愛好者 ? 2021-02-26 14:24 ? 次閱讀
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你是一臺電腦,你的名字叫 A

很久很久之前,你不與任何其他電腦相連接,孤苦伶仃。

直到有一天,你希望與另一臺電腦 B 建立通信,于是你們各開了一個網(wǎng)口,用一根網(wǎng)線連接了起來。

用一根網(wǎng)線連接起來怎么就能"通信"了呢?我可以給你講 IO、講中斷、講緩沖區(qū),但這不是研究網(wǎng)絡(luò)時該關(guān)心的問題。

如果你糾結(jié),要么去研究一下操作系統(tǒng)是如何處理網(wǎng)絡(luò) IO 的,要么去研究一下包是如何被網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送出去的,要么就僅僅把它當(dāng)做電腦里有個小人在開槍吧~

反正,你們就是連起來了,并且可以通信。

第一層

有一天,一個新伙伴 C 加入了,但聰明的你們很快發(fā)現(xiàn),可以每個人開兩個網(wǎng)口,用一共三根網(wǎng)線,彼此相連。

隨著越來越多的人加入,你發(fā)現(xiàn)身上開的網(wǎng)口實在太多了,而且網(wǎng)線密密麻麻,混亂不堪。(而實際上一臺電腦根本開不了這么多網(wǎng)口,所以這種連線只在理論上可行,所以連不上的我就用紅色虛線表示了,就是這么嚴(yán)謹(jǐn)哈哈~)

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于是你們發(fā)明了一個中間設(shè)備,你們將網(wǎng)線都插到這個設(shè)備上,由這個設(shè)備做轉(zhuǎn)發(fā),就可以彼此之間通信了,本質(zhì)上和原來一樣,只不過網(wǎng)口的數(shù)量和網(wǎng)線的數(shù)量減少了,不再那么混亂。

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你給它取名叫集線器,它僅僅是無腦將電信號轉(zhuǎn)發(fā)到所有出口(廣播),不做任何處理,你覺得它是沒有智商的,因此把人家定性在了物理層。

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由于轉(zhuǎn)發(fā)到了所有出口,那 BCDE 四臺機器怎么知道數(shù)據(jù)包是不是發(fā)給自己的呢?

首先,你要給所有的連接到集線器的設(shè)備,都起個名字。原來你們叫 ABCD,但現(xiàn)在需要一個更專業(yè)的,全局唯一的名字作為標(biāo)識,你把這個更高端的名字稱為MAC 地址。

你的 MAC 地址是 aa-aa-aa-aa-aa-aa,你的伙伴 b 的 MAC 地址是 bb-bb-bb-bb-bb-bb,以此類推,不重復(fù)就好。

這樣,A 在發(fā)送數(shù)據(jù)包給 B 時,只要在頭部拼接一個這樣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù),就可以了。

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B 在收到數(shù)據(jù)包后,根據(jù)頭部的目標(biāo) MAC 地址信息,判斷這個數(shù)據(jù)包的確是發(fā)給自己的,于是便收下。

其他的 CDE收到數(shù)據(jù)包后,根據(jù)頭部的目標(biāo) MAC 地址信息,判斷這個數(shù)據(jù)包并不是發(fā)給自己的,于是便丟棄。

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雖然集線器使整個布局干凈不少,但原來我只要發(fā)給電腦 B 的消息,現(xiàn)在卻要發(fā)給連接到集線器中的所有電腦,這樣既不安全,又不節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。

第二層

如果把這個集線器弄得更智能一些,只發(fā)給目標(biāo) MAC 地址指向的那臺電腦,就好了。

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雖然只比集線器多了這一點點區(qū)別,但看起來似乎有智能了,你把這東西叫做交換機。也正因為這一點點智能,你把它放在了另一個層級,數(shù)據(jù)鏈路層。

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如上圖所示,你是這樣設(shè)計的。

交換機內(nèi)部維護一張MAC 地址表,記錄著每一個 MAC 地址的設(shè)備,連接在其哪一個端口上。

MAC 地址 端口
bb-bb-bb-bb-bb-bb 1
cc-cc-cc-cc-cc-cc 3
aa-aa-aa-aa-aa-aa 4
dd-dd-dd-dd-dd-dd 5

假如你仍然要發(fā)給 B 一個數(shù)據(jù)包,構(gòu)造了如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從網(wǎng)口出去。

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到達(dá)交換機時,交換機內(nèi)部通過自己維護的 MAC 地址表,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)機器 B 的 MAC 地址 bb-bb-bb-bb-bb-bb 映射到了端口 1 上,于是把數(shù)據(jù)從 1 號端口發(fā)給了 B,完事~

你給這個通過這樣傳輸方式而組成的小范圍的網(wǎng)絡(luò),叫做以太網(wǎng)。

當(dāng)然最開始的時候,MAC 地址表是空的,是怎么逐步建立起來的呢?

假如在 MAC 地址表為空是,你給 B 發(fā)送了如下數(shù)據(jù)

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由于這個包從端口 4 進(jìn)入的交換機,所以此時交換機就可以在 MAC地址表記錄第一條數(shù)據(jù):

MAC:aa-aa-aa-aa-aa-aa-aa
端口:4

交換機看目標(biāo) MAC 地址(bb-bb-bb-bb-bb-bb)在地址表中并沒有映射關(guān)系,于是將此包發(fā)給了所有端口,也即發(fā)給了所有機器。

之后,只有機器 B 收到了確實是發(fā)給自己的包,于是做出了響應(yīng),響應(yīng)數(shù)據(jù)從端口 1 進(jìn)入交換機,于是交換機此時在地址表中更新了第二條數(shù)據(jù):

MAC:bb-bb-bb-bb-bb-bb
端口:1

過程如下

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經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)中的機器不斷地通信,交換機最終將MAC 地址表建立完畢~

隨著機器數(shù)量越多,交換機的端口也不夠了,但聰明的你發(fā)現(xiàn),只要將多個交換機連接起來,這個問題就輕而易舉搞定~

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你完全不需要設(shè)計額外的東西,只需要按照之前的設(shè)計和規(guī)矩來,按照上述的接線方式即可完成所有電腦的互聯(lián),所以交換機設(shè)計的這種規(guī)則,真的很巧妙。你想想看為什么(比如 A 要發(fā)數(shù)據(jù)給 F)。

但是你要注意,上面那根紅色的線,最終在 MAC 地址表中可不是一條記錄呀,而是要把 EFGH 這四臺機器與該端口(端口6)的映射全部記錄在表中。

最終,兩個交換機將分別記錄 A~H 所有機器的映射記錄。

左邊的交換機

MAC 地址 端口
bb-bb-bb-bb-bb-bb 1
cc-cc-cc-cc-cc-cc 3
aa-aa-aa-aa-aa-aa 4
dd-dd-dd-dd-dd-dd 5
ee-ee-ee-ee-ee-ee 6
ff-ff-ff-ff-ff-ff 6
gg-gg-gg-gg-gg-gg 6
hh-hh-hh-hh-hh-hh 6

右邊的交換機

MAC 地址 端口
bb-bb-bb-bb-bb-bb 1
cc-cc-cc-cc-cc-cc 1
aa-aa-aa-aa-aa-aa 1
dd-dd-dd-dd-dd-dd 1
ee-ee-ee-ee-ee-ee 2
ff-ff-ff-ff-ff-ff 3
gg-gg-gg-gg-gg-gg 4
hh-hh-hh-hh-hh-hh 6

這在只有 8 臺電腦的時候還好,甚至在只有幾百臺電腦的時候,都還好,所以這種交換機的設(shè)計方式,已經(jīng)足足支撐一陣子了。

但很遺憾,人是貪婪的動物,很快,電腦的數(shù)量就發(fā)展到幾千、幾萬、幾十萬。

第三層

交換機已經(jīng)無法記錄如此龐大的映射關(guān)系了。

此時你動了歪腦筋,你發(fā)現(xiàn)了問題的根本在于,連出去的那根紅色的網(wǎng)線,后面不知道有多少個設(shè)備不斷地連接進(jìn)來,從而使得地址表越來越大。

那我可不可以讓那根紅色的網(wǎng)線,接入一個新的設(shè)備,這個設(shè)備就跟電腦一樣有自己獨立的 MAC 地址,而且同時還能幫我把數(shù)據(jù)包做一次轉(zhuǎn)發(fā)呢?

這個設(shè)備就是路由器,它的功能就是,作為一臺獨立的擁有 MAC 地址的設(shè)備,并且可以幫我把數(shù)據(jù)包做一次轉(zhuǎn)發(fā),你把它定在了網(wǎng)絡(luò)層。

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注意,路由器的每一個端口,都有獨立的 MAC 地址

好了,現(xiàn)在交換機的 MAC 地址表中,只需要多出一條 MAC 地址 ABAB 與其端口的映射關(guān)系,就可以成功把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)交給路由器了,這條搞定。

那如何做到,把發(fā)送給 C 和 D,甚至是把發(fā)送給 DEFGH.... 的數(shù)據(jù)包,統(tǒng)統(tǒng)先發(fā)送給路由器呢?

不難想到這樣一個點子,假如電腦 C 和 D的 MAC 地址擁有共同的前綴,比如分別是

C 的 MAC 地址:FFFF-FFFF-CCCCD 的 MAC 地址:FFFF-FFFF-DDDD

那我們就可以說,將目標(biāo) MAC 地址為FFFF-FFFF-?開頭的,統(tǒng)統(tǒng)先發(fā)送給路由器。

這樣是否可行呢?答案是否定的。

我們先從現(xiàn)實中 MAC 地址的結(jié)構(gòu)入手,MAC地址也叫物理地址、硬件地址,長度為 48 位,一般這樣來表示

00-16-EA-AE-3C-40

它是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時燒錄在網(wǎng)卡的EPROM(一種閃存芯片,通??梢酝ㄟ^程序擦寫)。其中前 24 位(00-16-EA)代表網(wǎng)絡(luò)硬件制造商的編號,后 24 位(AE-3C-40)是該廠家自己分配的,一般表示系列號。只要不更改自己的 MAC 地址,MAC 地址在世界是唯一的。形象地說,MAC地址就如同身份證上的身份證號碼,具有唯一性。

那如果你希望向上面那樣表示將目標(biāo) MAC 地址為FFFF-FFFF-?開頭的,統(tǒng)一從路由器出去發(fā)給某一群設(shè)備(后面會提到這其實是子網(wǎng)的概念),那你就需要要求某一子網(wǎng)下統(tǒng)統(tǒng)買一個廠商制造的設(shè)備,要么你就需要要求廠商在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備燒錄 MAC 地址時,提前按照你規(guī)劃好的子網(wǎng)結(jié)構(gòu)來定 MAC 地址,并且日后這個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)都不能輕易改變。

這顯然是不現(xiàn)實的。

于是你發(fā)明了一個新的地址,給每一臺機器一個 32 位的編號,如:

11000000101010000000000000000001

你覺得有些不清晰,于是把它分成四個部分,中間用點相連。

11000000.10101000.00000000.00000001

你還覺得不清晰,于是把它轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制。

192.168.0.1

最后你給了這個地址一個響亮的名字,IP 地址?,F(xiàn)在每一臺電腦,同時有自己的 MAC 地址,又有自己的 IP 地址,只不過 IP 地址是軟件層面上的,可以隨時修改,MAC 地址一般是無法修改的。

這樣一個可以隨時修改的 IP 地址,就可以根據(jù)你規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),來調(diào)整了。

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如上圖所示,假如我想要發(fā)送數(shù)據(jù)包給 ABCD 其中一臺設(shè)備,不論哪一臺,我都可以這樣描述,"將 IP 地址為 192.168.0 開頭的全部發(fā)送給到路由器,之后再怎么轉(zhuǎn)發(fā),交給它!",巧妙吧。

那交給路由器之后,路由器又是怎么把數(shù)據(jù)包準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)給指定設(shè)備的呢?

別急我們慢慢來。

我們先給上面的組網(wǎng)方式中的每一臺設(shè)備,加上自己的 IP 地址

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現(xiàn)在兩個設(shè)備之間傳輸,除了加上數(shù)據(jù)鏈路層的頭部之外,還要再增加一個網(wǎng)絡(luò)層的頭部。

假如 A 給 B 發(fā)送數(shù)據(jù),由于它們直接連著交換機,所以 A 直接發(fā)出如下數(shù)據(jù)包即可,其實網(wǎng)絡(luò)層沒有體現(xiàn)出作用。

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但假如 A 給 C 發(fā)送數(shù)據(jù),A 就需要先轉(zhuǎn)交給路由器,然后再由路由器轉(zhuǎn)交給 C。由于最底層的傳輸仍然需要依賴以太網(wǎng),所以數(shù)據(jù)包是分成兩段的。

A ~ 路由器這段的包如下:

5dece204-77ba-11eb-8b86-12bb97331649.png

路由器到 C 這段的包如下:

5e097018-77ba-11eb-8b86-12bb97331649.png

好了,上面說的兩種情況(A->B,A->C),相信細(xì)心的讀者應(yīng)該會有不少疑問,下面我們一個個來展開。

A 給 C 發(fā)數(shù)據(jù)包,怎么知道是否要通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)呢?

答案:子網(wǎng)

如果源 IP 與目的 IP 處于一個子網(wǎng),直接將包通過交換機發(fā)出去。

如果源 IP 與目的 IP 不處于一個子網(wǎng),就交給路由器去處理。

好,那現(xiàn)在只需要解決,什么叫處于一個子網(wǎng)就好了。

192.168.0.1 和 192.168.0.2 處于同一個子網(wǎng)

192.168.0.1 和 192.168.1.1 處于不同子網(wǎng)

這兩個是我們?nèi)藶橐?guī)定的,即我們想表示,對于 192.168.0.1 來說:

192.168.0.xxx 開頭的,就算是在一個子網(wǎng),否則就是在不同的子網(wǎng)。

那對于計算機來說,怎么表達(dá)這個意思呢?于是人們發(fā)明了子網(wǎng)掩碼的概念

假如某臺機器的子網(wǎng)掩碼定為 255.255.255.0

這表示,將源 IP 與目的 IP 分別同這個子網(wǎng)掩碼進(jìn)行與運算,相等則是在一個子網(wǎng),不相等就是在不同子網(wǎng),就這么簡單。

比如

A電腦:192.168.0.1 & 255.255.255.0 = 192.168.0.0

B電腦:192.168.0.2 & 255.255.255.0 = 192.168.0.0

C電腦:192.168.1.1 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0

D電腦:192.168.1.2 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0

那么 A 與 B 在同一個子網(wǎng),C 與 D 在同一個子網(wǎng),但是 A 與 C 就不在同一個子網(wǎng),與 D 也不在同一個子網(wǎng),以此類推。

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所以如果 A 給 C 發(fā)消息,A 和 C 的 IP 地址分別 & A 機器配置的子網(wǎng)掩碼,發(fā)現(xiàn)不相等,則 A 認(rèn)為 C和自己不在同一個子網(wǎng),于是把包發(fā)給路由器,就不管了,之后怎么轉(zhuǎn)發(fā),A 不關(guān)心。

A 如何知道,哪個設(shè)備是路由器?

答案:在 A 上要設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

上一步 A 通過是否與 C 在同一個子網(wǎng)內(nèi),判斷出自己應(yīng)該把包發(fā)給路由器,那路由器的 IP 是多少呢?

其實說發(fā)給路由器不準(zhǔn)確,應(yīng)該說 A 會把包發(fā)給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。

對 A 來說,A 只能直接把包發(fā)給同處于一個子網(wǎng)下的某個 IP 上,所以發(fā)給路由器還是發(fā)給某個電腦,對 A 來說也不關(guān)心,只要這個設(shè)備有個 IP 地址就行。

所以默認(rèn)網(wǎng)關(guān),就是 A 在自己電腦里配置的一個 IP 地址,以便在發(fā)給不同子網(wǎng)的機器時,發(fā)給這個 IP 地址。

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僅此而已!

路由器如何知道C在哪里?

答案:路由表

現(xiàn)在 A 要給 C 發(fā)數(shù)據(jù)包,已經(jīng)可以成功發(fā)到路由器這里了,最后一個問題就是,路由器怎么知道,收到的這個數(shù)據(jù)包,該從自己的哪個端口出去,才能直接(或間接)地最終到達(dá)目的地 C 呢。

路由器收到的數(shù)據(jù)包有目的 IP 也就是 C 的 IP 地址,需要轉(zhuǎn)化成從自己的哪個端口出去,很容易想到,應(yīng)該有個表,就像 MAC 地址表一樣。

這個表就叫路由表。

至于這個路由表是怎么出來的,有很多路由算法,本文不展開,因為我也不會哈哈~

不同于 MAC 地址表的是,路由表并不是一對一這種明確關(guān)系,我們下面看一個路由表的結(jié)構(gòu)。

目的地址 子網(wǎng)掩碼 下一跳 端口
192.168.0.0 255.255.255.0 0
192.168.0.254 255.255.255.255 0
192.168.1.0 255.255.255.0 1
192.168.1.254 255.255.255.255 1

我們學(xué)習(xí)一種新的表示方法,由于子網(wǎng)掩碼其實就表示前多少位表示子網(wǎng)的網(wǎng)段,所以如192.168.0.0(255.255.255.0)也可以簡寫為192.168.0.0/24

目的地址 下一跳 端口
192.168.0.0/24 0
192.168.0.254/32 0
192.168.1.0/24 1
192.168.1.254/32 1

這就很好理解了,路由表就表示,192.168.0.xxx 這個子網(wǎng)下的,都轉(zhuǎn)發(fā)到 0 號端口,192.168.1.xxx 這個子網(wǎng)下的,都轉(zhuǎn)發(fā)到 1 號端口。下一跳列還沒有值,我們先不管

配合著結(jié)構(gòu)圖來看(這里把子網(wǎng)掩碼和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)都補齊了)圖中 & 筆誤,結(jié)果應(yīng)該是 .0

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剛才說的都是 IP 層,但發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)鏈路層需要知道 MAC 地址,可是我只知道 IP 地址該怎么辦呢?

答案:arp

假如你(A)此時不知道你同伴 B 的 MAC 地址(現(xiàn)實中就是不知道的,剛剛我們只是假設(shè)已知),你只知道它的 IP 地址,你該怎么把數(shù)據(jù)包準(zhǔn)確傳給 B 呢?

答案很簡單,在網(wǎng)絡(luò)層,我需要把 IP 地址對應(yīng)的 MAC 地址找到,也就是通過某種方式,找到192.168.0.2對應(yīng)的 MAC 地址BBBB。

這種方式就是arp 協(xié)議,同時電腦 A 和 B 里面也會有一張arp 緩存表,表中記錄著IP 與 MAC 地址的對應(yīng)關(guān)系。

IP 地址 MAC 地址
192.168.0.2 BBBB

一開始的時候這個表是空的,電腦 A 為了知道電腦 B(192.168.0.2)的 MAC 地址,將會廣播一條arp 請求,B 收到請求后,帶上自己的 MAC 地址給 A一個響應(yīng)。此時 A 便更新了自己的 arp 表。

這樣通過大家不斷廣播 arp 請求,最終所有電腦里面都將 arp 緩存表更新完整。

總結(jié)一下

好了,總結(jié)一下,到目前為止就幾條規(guī)則

從各個節(jié)點的視角來看

電腦視角:

首先我要知道我的 IP 以及對方的 IP

通過子網(wǎng)掩碼判斷我們是否在同一個子網(wǎng)

在同一個子網(wǎng)就通過 arp 獲取對方 mac 地址直接扔出去

不在同一個子網(wǎng)就通過 arp 獲取默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的 mac 地址直接扔出去

交換機視角:

我收到的數(shù)據(jù)包必須有目標(biāo) MAC 地址

通過 MAC 地址表查映射關(guān)系

查到了就按照映射關(guān)系從我的指定端口發(fā)出去

查不到就所有端口都發(fā)出去

路由器視角:

我收到的數(shù)據(jù)包必須有目標(biāo)IP 地址

通過路由表查映射關(guān)系

查到了就按照映射關(guān)系從我的指定端口發(fā)出去(不在任何一個子網(wǎng)范圍,走其路由器的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)也是查到了)

查不到則返回一個路由不可達(dá)的數(shù)據(jù)包

如果你嗅覺足夠敏銳,你應(yīng)該可以感受到下面這句話:

網(wǎng)絡(luò)層(IP協(xié)議)本身沒有傳輸包的功能,包的實際傳輸是委托給數(shù)據(jù)鏈路層(以太網(wǎng)中的交換機)來實現(xiàn)的。

涉及到的三張表分別是

交換機中有MAC 地址表用于映射 MAC 地址和它的端口

路由器中有路由表用于映射 IP 地址(段)和它的端口

電腦和路由器中都有arp 緩存表用于緩存 IP 和 MAC 地址的映射關(guān)系

這三張表是怎么來的

MAC 地址表是通過以太網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點之間不斷通過交換機通信,不斷完善起來的。

路由表是各種路由算法 + 人工配置逐步完善起來的。

arp 緩存表是不斷通過 arp 協(xié)議的請求逐步完善起來的。

知道了以上這些,目前網(wǎng)絡(luò)上兩個節(jié)點是如何發(fā)送數(shù)據(jù)包的這個過程,就完全可以解釋通了!

那接下來我們就放上本章最后一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D吧,請做好戰(zhàn)斗準(zhǔn)備!

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這時路由器 1 連接了路由器 2,所以其路由表有了下一條地址這一個概念,所以它的路由表就變成了這個樣子。如果匹配到了有下一跳地址的一項,則需要再次匹配,找到其端口,并找到下一跳 IP 的 MAC 地址。

也就是說找來找去,最終必須能映射到一個端口號,然后從這個端口號把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。

目的地址 下一跳 端口
192.168.0.0/24 0
192.168.0.254/32 0
192.168.1.0/24 1
192.168.1.254/32 1
192.168.2.0/24 192.168.100.5
192.168.100.0/24 2
192.168.100.4/32 2

這時如果 A 給 F 發(fā)送一個數(shù)據(jù)包,能不能通呢?如果通的話整個過程是怎樣的呢?

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思考一分鐘...

詳細(xì)過程動畫描述:

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詳細(xì)過程文字描述:

1.首先 A(192.168.0.1)通過子網(wǎng)掩碼(255.255.255.0)計算出自己與 F(192.168.2.2)并不在同一個子網(wǎng)內(nèi),于是決定發(fā)送給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)(192.168.0.254)2.A 通過 ARP 找到 默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 192.168.0.254 的 MAC 地址。3.A 將源 MAC 地址(AAAA)與網(wǎng)關(guān) MAC 地址(ABAB)封裝在數(shù)據(jù)鏈路層頭部,又將源 IP 地址(192.168.0.1)和目的 IP 地址(192.168.2.2)(注意這里千萬不要以為填寫的是默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的 IP 地址,從始至終這個數(shù)據(jù)包的兩個 IP 地址都是不變的,只有 MAC 地址在不斷變化)封裝在網(wǎng)絡(luò)層頭部,然后發(fā)包

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4.交換機 1 收到數(shù)據(jù)包后,發(fā)現(xiàn)目標(biāo) MAC 地址是 ABAB,轉(zhuǎn)發(fā)給路由器15.數(shù)據(jù)包來到了路由器 1,發(fā)現(xiàn)其目標(biāo) IP 地址是 192.168.2.2,查看其路由表,發(fā)現(xiàn)了下一跳的地址是 192.168.100.56.所以此時路由器 1 需要做兩件事,第一件是再次匹配路由表,發(fā)現(xiàn)匹配到了端口為 2,于是將其封裝到數(shù)據(jù)鏈路層,最后把包從 2 號口發(fā)出去。7.此時路由器 2 收到了數(shù)據(jù)包,看到其目的地址是 192.168.2.2,查詢其路由表,匹配到端口號為 1,準(zhǔn)備從 1 號口把數(shù)據(jù)包送出去。8.但此時路由器 2 需要知道 192.168.2.2 的 MAC 地址了,于是查看其 arp 緩存,找到其 MAC 地址為 FFFF,將其封裝在數(shù)據(jù)鏈路層頭部,并從 1 號端口把包發(fā)出去。9.交換機 3 收到了數(shù)據(jù)包,發(fā)現(xiàn)目的 MAC 地址為 FFFF,查詢其 MAC 地址表,發(fā)現(xiàn)應(yīng)該從其 6 號端口出去,于是從 6 號端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。10.F 最終收到了數(shù)據(jù)包!并且發(fā)現(xiàn)目的 MAC 地址就是自己,于是收下了這個包更詳細(xì)且精準(zhǔn)的過程:

讀到這相信大家已經(jīng)很累了,理解上述過程基本上網(wǎng)絡(luò)層以下的部分主流程就基本疏通了。

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每一步包的傳輸都會有各層的原始數(shù)據(jù),以及專業(yè)的過程描述

同時在此基礎(chǔ)之上你也可以設(shè)計自己的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),進(jìn)行各種實驗,來加深網(wǎng)絡(luò)傳輸過程的理解。

后記

至此,經(jīng)過物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層這前三層的協(xié)議,以及根據(jù)這些協(xié)議設(shè)計的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(網(wǎng)線、集線器、交換機、路由器),理論上只要擁有對方的 IP 地址,就已經(jīng)將地球上任意位置的兩個節(jié)點連通了。

本文經(jīng)過了很多次的修改,刪減了不少影響主流程的內(nèi)容,就是為了讓讀者能抓住網(wǎng)絡(luò)傳輸前三層的真正核心思想。同時網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的知識也是多且雜,我也還有很多搞不清楚的地方,非常歡迎大家與我交流,共同進(jìn)步。

原文標(biāo)題:圖解:原來這就是網(wǎng)絡(luò)

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