網(wǎng)絡基礎-數(shù)據(jù)包

前言

本筆記通過記錄 數(shù)據(jù)包 在網(wǎng)絡中的生命履歷來引出一些網(wǎng)絡基礎知識，如：

MAC、ARP、IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關、集線器、交換機、路由器這些概念都是在鏈路層和網(wǎng)絡層。
（這些都不做嚴謹?shù)恼f明，只是為了更好的了解而表達的個人描述）

數(shù)據(jù)包簡要生命周期

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數(shù)據(jù)包：

簡單路徑：源主機 -> 目標主機?？赡苈窂剑涸粗鳈C -> 交換機A -> 路由器A -> 路由器B -> 交換機B -> 目標主機。

參考圖：

源主機視角：

• 需要知道 本地IP 和 目標IP。
• 通過子網(wǎng)掩碼判斷是否在同一個子網(wǎng)中。
• 同一子網(wǎng)，則直接獲取目標主機的MAC地址，發(fā)送出去。
• 不同子網(wǎng)，獲取默認網(wǎng)關的 MAC，把數(shù)據(jù)包發(fā)給默認網(wǎng)關設備。

交換機視角：

• 收到的數(shù)據(jù)包必須有目標 MAC 地址。
• 通過 MAC 地址表查映射關系。
• 查到了就按照映射關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 IP 地址。
• 通過路由表查映射關系。
• 查到了就按照映射關系從我的指定端口發(fā)出去（不在任何一個子網(wǎng)范圍，走其路由器的默認網(wǎng)關也是查到了）。
• 查不到則返回一個路由不可達的數(shù)據(jù)包。

三張表：

• arp 緩存表 是不斷通過 arp 協(xié)議的請求逐步完善起來的。
• 交換機中的 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)絡七層級及各級的作用和數(shù)據(jù)封裝。

• 應用層
• 表示層
• 會話層
• 傳輸層
• 網(wǎng)絡層（本節(jié)需要了解）
• 數(shù)據(jù)鏈路層（本節(jié)需要了解）
• 物理層

應用層的數(shù)據(jù)一層一層通過包裝下來，通過物理層的物理設備發(fā)出去，到最終目的主機后，又像扒洋蔥一樣，一層一層扒開，最終到達應用層后的數(shù)據(jù)和源主機應用層的數(shù)據(jù)一樣。如圖：

名詞說明：

IP：主機地址。屬于網(wǎng)絡層地址。

一般用于源主機和最終目標主機中。

MAC：設備地址。屬于數(shù)據(jù)鏈路層地址。

一般用于當前設備和下一設備中（不一定是最終設備）。

子網(wǎng)掩碼：用于判斷 IP 處于哪個網(wǎng)段。

一般用于比較兩個 IP 是否處于同一個子網(wǎng)中。

默認網(wǎng)關：

若發(fā)送的數(shù)據(jù)不在本子網(wǎng)，就丟給默認網(wǎng)關處理。

一般用于與外網(wǎng)通信。

默認網(wǎng)關IP一般都設為路由器IP，因為一般都是通過路由器與外網(wǎng)通信。

ARP：

是一種地址解析協(xié)議。根據(jù)IP地址來獲取MAC地址的。

源主機攜帶IP數(shù)據(jù)廣播給通過支持ARP設備連接起來的多主機，若目標IP對于，則該主機返回攜帶MAC數(shù)據(jù)給源主機。

集線器：

字面理解即可，如何一臺主機數(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MAC操作。

交換機：

比集線器高級，不再是廣播到所有出口，而是只轉發(fā)到目標MAC的出口。

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

工作在局域網(wǎng)內。

路由器：

比交換機高級。

具有路由功能。

作用在網(wǎng)絡層（第三層），參考IP。

連接局域網(wǎng)和外網(wǎng)。

MAC

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

IP

IP：主機地址。屬于網(wǎng)絡層地址。

一般用于源主機和最終目標主機中。

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

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

因為 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，子網(wǎng)的作用：

• 若源IP和目標IP在同一子網(wǎng)：直接獲取目標IP主機的MAC，然后把數(shù)據(jù)包丟出去。
• 若源IP和目標IP不在同一子網(wǎng)：獲取默認網(wǎng)關的 MAC ，然后把數(shù)據(jù)包丟給默認網(wǎng)關那邊。

ARP

ARP：

• 是一種地址解析協(xié)議。根據(jù)IP地址來獲取MAC地址的。
• 源主機攜帶IP數(shù)據(jù)廣播給通過支持ARP設備連接起來的多主機，若目標IP對于，則該主機返回攜帶MAC數(shù)據(jù)給源主機。如圖：
  

集線器

字面理解即可，如何一臺主機數(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MAC操作。
如圖：

交換機

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

交換機連接：
左邊交換機的地址表：