快捷導(dǎo)航

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)-數(shù)據(jù)包

更新時(shí)間：2021年08月27日 15:52:30 作者：李柱明

本文主要講解數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的生命履歷來(lái)引出一些網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，介紹的比較詳細(xì)，需要了解的小伙伴可以自己參考一下

前言

本筆記通過(guò)記錄數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的生命履歷來(lái)引出一些網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，如：

MAC、ARP、IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、集線器、交換機(jī)、路由器這些概念都是在鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。
（這些都不做嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f(shuō)明，只是為了更好的了解而表達(dá)的個(gè)人描述）

數(shù)據(jù)包簡(jiǎn)要生命周期

瀏覽本小節(jié)的時(shí)候遇到疑問(wèn)點(diǎn)可以可以跳到理解區(qū) check 一下有沒(méi)有答案。

數(shù)據(jù)包：

簡(jiǎn)單路徑：源主機(jī) -> 目標(biāo)主機(jī)。可能路徑：源主機(jī) -> 交換機(jī)A -> 路由器A -> 路由器B -> 交換機(jī)B -> 目標(biāo)主機(jī)。

參考圖：

源主機(jī)視角：

需要知道本地IP 和目標(biāo)IP。
通過(guò)子網(wǎng)掩碼判斷是否在同一個(gè)子網(wǎng)中。
同一子網(wǎng)，則直接獲取目標(biāo)主機(jī)的MAC地址，發(fā)送出去。
不同子網(wǎng)，獲取默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的 MAC，把數(shù)據(jù)包發(fā)給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

交換機(jī)視角：

收到的數(shù)據(jù)包必須有目標(biāo) MAC 地址。
通過(guò) 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：

收到的數(shù)據(jù)包必須有目標(biāo) IP 地址。
通過(guò)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(gè)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(gè)路由不可達(dá)的數(shù)據(jù)包。

三張表：

arp 緩存表是不斷通過(guò) arp 協(xié)議的請(qǐng)求逐步完善起來(lái)的。
交換機(jī)中的 MAC 地址表，用于映射 MAC 地址和它的端口。
路由器中的路由表用于映射 IP 地址(段)和它的端口。

理解區(qū)

數(shù)據(jù)包

得先了解 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)七層級(jí)及各級(jí)的作用和數(shù)據(jù)封裝。

應(yīng)用層
表示層
會(huì)話層
傳輸層
網(wǎng)絡(luò)層（本節(jié)需要了解）
數(shù)據(jù)鏈路層（本節(jié)需要了解）
物理層

應(yīng)用層的數(shù)據(jù)一層一層通過(guò)包裝下來(lái)，通過(guò)物理層的物理設(shè)備發(fā)出去，到最終目的主機(jī)后，又像扒洋蔥一樣，一層一層扒開(kāi)，最終到達(dá)應(yīng)用層后的數(shù)據(jù)和源主機(jī)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)一樣。如圖：

名詞說(shuō)明：

IP：主機(jī)地址。屬于網(wǎng)絡(luò)層地址。

一般用于源主機(jī)和最終目標(biāo)主機(jī)中。

MAC：設(shè)備地址。屬于數(shù)據(jù)鏈路層地址。

一般用于當(dāng)前設(shè)備和下一設(shè)備中（不一定是最終設(shè)備）。

子網(wǎng)掩碼：用于判斷 IP 處于哪個(gè)網(wǎng)段。

一般用于比較兩個(gè) IP 是否處于同一個(gè)子網(wǎng)中。

默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：

若發(fā)送的數(shù)據(jù)不在本子網(wǎng)，就丟給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)處理。

一般用于與外網(wǎng)通信。

默認(rèn)網(wǎng)關(guān)IP一般都設(shè)為路由器IP，因?yàn)橐话愣际峭ㄟ^(guò)路由器與外網(wǎng)通信。

ARP：

是一種地址解析協(xié)議。根據(jù)IP地址來(lái)獲取MAC地址的。

源主機(jī)攜帶IP數(shù)據(jù)廣播給通過(guò)支持ARP設(shè)備連接起來(lái)的多主機(jī)，若目標(biāo)IP對(duì)于，則該主機(jī)返回?cái)y帶MAC數(shù)據(jù)給源主機(jī)。

集線器：

字面理解即可，如何一臺(tái)主機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)到集線器，都廣播到所有出口。

作用在物理層（第一層），不對(duì)MAC操作。

交換機(jī)：

比集線器高級(jí)，不再是廣播到所有出口，而是只轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MAC的出口。

作用在數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），參考MAC，只轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MAC的出口。

工作在局域網(wǎng)內(nèi)。

路由器：

比交換機(jī)高級(jí)。

具有路由功能。

作用在網(wǎng)絡(luò)層（第三層），參考IP。

連接局域網(wǎng)和外網(wǎng)。

MAC

MAC：設(shè)備地址。屬于數(shù)據(jù)鏈路層地址。
一般用于當(dāng)前設(shè)備和下一設(shè)備中（不一定是最終設(shè)備）。

IP

IP：主機(jī)地址。屬于網(wǎng)絡(luò)層地址。

一般用于源主機(jī)和最終目標(biāo)主機(jī)中。

子網(wǎng)

子網(wǎng)掩碼 & 判斷是否在同一子網(wǎng)：
IP 與子網(wǎng)掩碼做按位與，就可以得出該 IP 的子網(wǎng)網(wǎng)段。
如：

子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0

IP-1: 192.168.1.2 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0

IP-2: 192.168.1.123 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0

IP-3: 192.168.2.123 & 255.255.255.0 = 192.168.2.0

因?yàn)?192.168.1.0 = 192.168.1.0，所以IP-1與IP-2處于同一子網(wǎng)。

因?yàn)?192.168.1.0 != 192.168.2.0，所以IP-1與IP-3不在同一子網(wǎng)。

在發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，子網(wǎng)的作用：

若源IP和目標(biāo)IP在同一子網(wǎng)：直接獲取目標(biāo)IP主機(jī)的MAC，然后把數(shù)據(jù)包丟出去。
若源IP和目標(biāo)IP不在同一子網(wǎng)：獲取默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的 MAC ，然后把數(shù)據(jù)包丟給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)那邊。

ARP

ARP：

是一種地址解析協(xié)議。根據(jù)IP地址來(lái)獲取MAC地址的。
源主機(jī)攜帶IP數(shù)據(jù)廣播給通過(guò)支持ARP設(shè)備連接起來(lái)的多主機(jī)，若目標(biāo)IP對(duì)于，則該主機(jī)返回?cái)y帶MAC數(shù)據(jù)給源主機(jī)。如圖：

集線器

字面理解即可，如何一臺(tái)主機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)到集線器，都廣播到所有出口。
作用在物理層（第一層），不對(duì)MAC操作。
如圖：

交換機(jī)

比集線器高級(jí)，不再是廣播到所有出口，而是只轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MAC的出口。
作用在數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），參考MAC，只轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MAC的出口。
工作在局域網(wǎng)內(nèi)。

交換機(jī)連接：
左邊交換機(jī)的地址表：

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

路由器

作用在網(wǎng)絡(luò)層（第三層），參考IP。
路由器的每一個(gè)端口，都有獨(dú)立的 MAC 地址。
連接局域網(wǎng)和外網(wǎng)。
轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)際出口是根據(jù)MAC來(lái)發(fā)送到下一個(gè)設(shè)備。下一個(gè)設(shè)備判斷數(shù)據(jù)包目標(biāo)IP是否是本設(shè)備，若不是，就又找出下一個(gè)MAC地址把數(shù)據(jù)包丟出去。