ip与mac-数据包传输过程学习

你管这破玩意叫网络?

内容来源于飞天闪客,以前没有学习过网络的相关基础知识,只会去瞎设置,现在终于是弄明白了。

多台电脑之间想要通信,可以直接通过一条网线进行连接。但是随着网线的增加,这个就会比较繁杂了。

所以就有了集线器这样的设备。

集线器会将包不做任何处理的分给每个设备。这样的话就不知道包是谁发给谁的了,但是每个设备都有自己的mac物理地址,数据中再加上从哪个mac来,发送到目标mac地址就好了。

当然,这个时候,其他电脑其实还是可以看到不属于自己的包的数据的内容,所以就有了新的需求:将包只发给一个设备就好了------更加智能的集线器:交换机。

交换机内部维护着一张mac地址表,记录了每个设备的mac地址和对应的交换机端口号。这个时候包在传递的时候就会根据包信息,将包数据传输给对应的端口。

但是最开始的时候mac表是空的,是怎么样一点点维护起来的呢?

一开始的时候交换机就是一个集线器,不过它知道学习,把流经自己的数据包携带的信息记录下来了,然后就学习到对应的mac映射表:

这基本就是现在常用的单交换机的形式,但是交换机的端口也不够用了怎么办呢?于是就有了多个交换机之间的通信。


这个时候一个端口对应的mac地址也就会变多了,所以要维护的mac地址表也就会逐渐增加,此时应该怎么办呢?

那这时就又有了新的设备了,在交换机与交换机之间连接一个新的设备。没错,就是大家非常常见的路由器了。

它的功能就是作为一台独立的mac地址设备,将数据包作一次性转发。路由器每个端口都是由独立的mac地址。

左边的端口6对应路由器的mac地址,那问题是端口6的数据怎么先发给路由器的呢(原本是要发给E,F,G,H这四个设备的)?

此时就引入了ip地址的概念了192.168.0.1。此时我们再来看完整的发布过程:

一包数据带有对应的源mac,目标mac。源ip,目标ip等信息。

a与b通信时,直接可以通过交换机获得信息,通过源mac和目标mac就可以传递。

a与c通信时,a需要先把数据发给路由器,然后再转交给c。

a要给c,过程中先给到路由器,所以数据链路层的目标mac要是路由器的mac地址,网络层的ip必须时a的ip到c的ip。

先看传给路由器的时候,数据是:

由于数据先给路由器,此时的目标mac和目标ip对应如上所示。接下来路由器给到c的时候,有个神奇的过程,它会把目标mac自动变成目标ip对应的mac地址。

那么问题就来了,如果a给c发送数据,怎么知道需要路由器转发数据呢?

这里就涉及到子网的概念,如果源ip与目标ip再同一个子网,直接将包通过交换机发出去。如果源ip与目标ip不在同一个子网,就会交给路由器去处理。是否在同一个子网又是通过掩码去判断的,也就是说192.68.0开头的就是同一个子网,否则就不是同一个子网。

掩码常用255.255.255.0,将原ip与掩码进行与运算,相等就是同一个子网。计算结果如下:

第二个问题,a怎么知道哪个是路由器的呢?

有一个默认网关的概念,默认网关就是一个ip地址。当遇到不是在同一个子网的电脑时,先把包发给默认网关对应的ip地址,所以就会先给路由器的ip地址。

还有一个问题,数据包在发送时是需要mac地址和ip地址的,现在虽然有了ip的相关数据了,但是没有mac地址。

此时是一个叫ARP协议的东西,这个机制会把ip与mac地址进行对应,同样,需要先进行一次映射。这个协议是广泛使用的,交换机和路由器都会要通过ARP协议维护一个ip与mac的映射表。

对于交换机来说,还有一个路由表,对应的是ip和端口,把目标ip范围得到,查表得到端口。当然也是存在ARP协议的,将mac地址获取到。

最后我们来完整看一下数据包的传输过程。


涉及到的三张表分别是mac地址表(交换机)-映射mac地址和端口,路由表-映射ip和端口,arp缓存表(电脑和路由器中都有)-映射ip和mac地址

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