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：

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

作用在网络层（第三层），参考ip。
路由器的每一个端口，都有独立的 mac 地址。
连接局域网和外网。
转发时，根据路由表转发，实际出口是根据mac来发送到下一个设备。下一个设备判断数据包目标ip是否是本设备，若不是，就又找出下一个mac地址把数据包丢出去。

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