网络基础-数据包

前言

本笔记通过记录 数据包 在网络中的生命履历来引出一些网络基础知识，如：

MAC、ARP、IP、子网掩码、网关、集线器、交换机、路由器这些概念都是在链路层和网络层。
（这些都不做严谨的说明，只是为了更好的了解而表达的个人描述）

数据包简要生命周期

浏览本小节的时候遇到疑问点可以可以跳到理解区 check 一下有没有答案。

数据包：

简单路径：源主机 -> 目标主机。可能路径：源主机 -> 交换机A -> 路由器A -> 路由器B -> 交换机B -> 目标主机。

参考图：

源主机视角：

• 需要知道 本地IP 和 目标IP。
• 通过子网掩码判断是否在同一个子网中。
• 同一子网，则直接获取目标主机的MAC地址，发送出去。
• 不同子网，获取默认网关的 MAC，把数据包发给默认网关设备。

交换机视角：

• 收到的数据包必须有目标 MAC 地址。
• 通过 MAC 地址表查映射关系。
• 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去。
• 查不到就所有端口都发出去。

路由器视角：

• 收到的数据包必须有目标 IP 地址。
• 通过路由表查映射关系。
• 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去（不在任何一个子网范围，走其路由器的默认网关也是查到了）。
• 查不到则返回一个路由不可达的数据包。

三张表：

• arp 缓存表 是不断通过 arp 协议的请求逐步完善起来的。
• 交换机中的 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。

理解区

数据包

得先了解 TCP/IP 网络七层级及各级的作用和数据封装。

• 应用层
• 表示层
• 会话层
• 传输层
• 网络层（本节需要了解）
• 数据链路层（本节需要了解）
• 物理层

应用层的数据一层一层通过包装下来，通过物理层的物理设备发出去，到最终目的主机后，又像扒洋葱一样，一层一层扒开，最终到达应用层后的数据和源主机应用层的数据一样。如图：

名词说明：

IP：主机地址。属于网络层地址。

一般用于源主机和最终目标主机中。

MAC：设备地址。属于数据链路层地址。

一般用于当前设备和下一设备中（不一定是最终设备）。

子网掩码：用于判断 IP 处于哪个网段。

一般用于比较两个 IP 是否处于同一个子网中。

默认网关：

若发送的数据不在本子网，就丢给默认网关处理。

一般用于与外网通信。

默认网关IP一般都设为路由器IP，因为一般都是通过路由器与外网通信。

ARP：

是一种地址解析协议。根据IP地址来获取MAC地址的。

源主机携带IP数据广播给通过支持ARP设备连接起来的多主机，若目标IP对于，则该主机返回携带MAC数据给源主机。

集线器：

字面理解即可，如何一台主机数据发到集线器，都广播到所有出口。

作用在物理层（第一层），不对MAC操作。

交换机：

比集线器高级，不再是广播到所有出口，而是只转发到目标MAC的出口。

作用在数据链路层（第二层），参考MAC，只转发到目标MAC的出口。

工作在局域网内。

路由器：

比交换机高级。

具有路由功能。

作用在网络层（第三层），参考IP。

连接局域网和外网。

MAC

MAC：设备地址。属于数据链路层地址。
一般用于当前设备和下一设备中（不一定是最终设备）。

IP

IP：主机地址。属于网络层地址。

一般用于源主机和最终目标主机中。

子网

子网掩码 判断是否在同一子网：
IP 与 子网掩码 做 按位与 ，就可以得出该 IP 的子网网段。
如：

子网掩码：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

因为 192.168.1.0 = 192.168.1.0，所以IP-1与IP-2处于同一子网。

因为 192.168.1.0 != 192.168.2.0，所以IP-1与IP-3不在同一子网。

在发数据包时，子网的作用：

• 若源IP和目标IP在同一子网：直接获取目标IP主机的MAC，然后把数据包丢出去。
• 若源IP和目标IP不在同一子网：获取默认网关的 MAC ，然后把数据包丢给默认网关那边。

ARP

ARP：

• 是一种地址解析协议。根据IP地址来获取MAC地址的。
• 源主机携带IP数据广播给通过支持ARP设备连接起来的多主机，若目标IP对于，则该主机返回携带MAC数据给源主机。如图：
  

集线器

字面理解即可，如何一台主机数据发到集线器，都广播到所有出口。
作用在物理层（第一层），不对MAC操作。
如图：

交换机

比集线器高级，不再是广播到所有出口，而是只转发到目标MAC的出口。
作用在数据链路层（第二层），参考MAC，只转发到目标MAC的出口。
工作在局域网内。

交换机连接：
左边交换机的地址表：