建设银行平潭招聘网站,网站建设的机构,常州企业黄页,线上运营推广我们如果要理解数据是如果在网络世界中穿梭的#xff0c;那其实只要了解其中的三张表就可以了。这三张表分别为路由表、转发表、ARP 表。 假设我们用聊天工具聊天的时候#xff0c;我在北京#xff0c;你在广东#xff0c;当我给你发送一条消息的时候。搭载这这条消息的数据…我们如果要理解数据是如果在网络世界中穿梭的那其实只要了解其中的三张表就可以了。这三张表分别为路由表、转发表、ARP 表。 假设我们用聊天工具聊天的时候我在北京你在广东当我给你发送一条消息的时候。搭载这这条消息的数据包需要从我的设备电脑或手机出发跨域千上万水趟过万里光纤在不出意外的情况下才能到达你的设备。在这个过程中数据包要经过大致流程如下
1、数据在我的设备上从应用层向下层层封装最后发送到路由设备上
2、路由设备对数据包进行转发可能经过不止一个路由器和交换机
3、终于到达你的设备所在的子网路由器你所在的子网路由器转发给局域网内所有的直接相连的主机或交换机如果是转发给交换机的话交换机再次转发给交换机上连接的设备
4、当你的设备发现这个数据包的目的主机是自己就开始对数据包进行自链路层向上的一层一层的解封装最终由对应的应用程序拿到消息
主要的流程就是这样但是中间每一种设备的转发都有对应的规则主要涉及的设备就是终端、交换机、路由器接下来我们具体来梳理一下一个数据包这一路上是怎么跋山涉水才呈现到你的屏幕上的。
跋山涉水来找你
看下图假设现在「子网A的主机A」要发一条消息给「子网B的主机x-1」这两个主机分别在不同的子网也就是说并不是局域网内的传输中间经过了路由器A、路由器B、子网B的顶层交换机、交换机X最终才到达了目标主机X-1。 主机A封装数据包并发送
如果你已经掌握了传输层、网络层、链路层的各个协议那这个过程就相对来说非常简单了。 应用层某聊天工具发送消息消息内容被处理之后也就是上图中的用户数据。
经过传输层使用 TCP 协议传输TCP 将用户数据封装上 TCP 首部信息形成一个 TCP 段。注意了TCP 首部中含有源端口号和目标端口号应用层会根据端口号决定哪个应用程序使用这个包。比如我们自己开发的聊天程序端口用的是 18888那这个包到达主机X-1之后发现 TCP 协议头中的端口号是 18888那就知道要把这个包交给我们开发的聊天工具处理了。
经过网络层搭载IP协议在TCP段的基础上加上IP首部信息形成IP数据报。注意了IP首部含有源IP地址和目的IP地址要不然网海茫茫谁来接收它它又回复谁呢。在这个 IP 数据报中源IP就是主机A的IP目的 IP 地址就是主机X-1的IP。
最后经过链路层在IP数据报的基础上加上以太网帧首部形成以太网帧数据包。在以太网上只有以太网帧能顺利通行。注意了以太网帧首部包含源MAC地址和目的MAC地址链路层只认MAC地址有了它才能找到对应的终端。
经过层层包装后真正跑到以太网上的数据最终必须是一个完整的以太网帧而以太网帧中必须要有目的端的 MAC 地址。接下来就是怎么拿到目的端的 MAC地址了。
当发送端开始组装数据的时候首先会检查目的IP 和自身的IP 是否处在同一个网络中。计算方式很简单就是用 IP 地址和子网掩码进行「与运算」。
如果目的端在局域网内
如果得到的网络地址是一致的说明在同一个网络中。
这时ARP表就要上场了。
ARP 表记录着 IP 地址和 MAC 地址的映射关系。可以根据 IP 地址查到对应的 MAC 地址然后放到以太网帧中如果有的话。
发送端检查自己的 ARP 表中是否有目的 IP 对应的 MAC 地址。如果有的话直接将 MAC 地址组装到以太网数据帧中发送数据帧数据就能被目的端顺利接收。如果ARP 表中不存在目的IP对应的 MAC 地址则向本网络广播发送 ARP 请求ARP 请求会带着目的IP地址意思就是询问“谁的IP地址是这个请回复你的MAC地址给我”网络中的主机看到后如果IP是自己的就返回给发送端一个ARP回复回复中带着自己的MAC地址发送端拿到MAC地址后先存入本地的ARP表然后组装以太网帧将数据发送。
如果目的端不在局域网内
如果得到的网络地址不一致说明目的端不在本网络中。那这样的话查询 ARP表是不可能查到对应的 MAC 地址的因为 ARP 表只存储局域网内的 IP 和 MAC 地址的映射记录。
既然查不到那怎么办总得发出去才行啊。
如果 ARP 表中查不到记录那只能走默认网关了。我们的设备都是知道默认网关的 IP地址的这时候再去 ARP 表查询是否有网关地址对应的 MAC 地址如果有直接将网关的 MAC 地址封装到以太网帧的目的地址中。如果没有的话仍然要像上面那样广播发送 ARP 请求获取网关设备的 MAC 地址然后存入 ARP 表中。对应到上图就是路由器A的端口1的网卡地址。
那将网关的 MAC 地址当做目的 MAC 地址还怎么找到最终的目的端啊最终的消息也不是想发给网关啊。
没办法就是这样的这只是第一步在后面经过每一个非最终目的端设备的时候都要将目的 MAC 地址设置为下一跳设备的 MAC 地址因为以太网帧就是这样设计的。所以说在整个传输过程中以太网帧会不断的解析然后重新封装目的就是把下一跳的 MAC地址封装进去。直到最终到达了目的设备所在的网络。
目的MAC 地址是一跳一跳变化的但是 IP 头中的目的 IP 地址是绝对不能变的要不然就真的找不到了。
路由器A如何路由的 当数据包到达路由器A之后就要走出子网A奔向更广阔的网络世界了。还是结合上面的图来看这个拓扑结构还是很简单的真实情况下可能要经过十几二十个路由设备。
数据包来到路由器之后路由器要怎么处理呢路由器会进行路由操作也就是将这个包安排一条最合适的路径发出去。
这就要提到路由表了。
路由器中维护着一张路由表主要存放网络、主机与下一跳的对应关系。例如下表这样
目标子网掩码下一跳网络接口192.168.8.0255.255.255.00.0.0.0en0114.21.1.0255.255.255.0114.21.1.100en00.0.0.00.0.0.0192.168.8.1en1
大致的意思就是如果收到一个数据报在当前路由器的路由表中寻找一般目标都是一个网络地址标明一个子网把具体数据包的IP地址和当前路由表的子网掩码进行与操作如果得到的结果和路由表目标栏一直就转发给这条记录中的下一跳地址从网络接口栏所记录的接口发出也就是路由器上的网口或者叫端口。
如果下一跳地址是0.0.0.0 表示这个目的IP地址就在当前网络中。那就不用路由器转发了拿到目的IP的MAC地址就可以直接发送了获取MAC地址的方法前面说过了先查ARP表没有的话再用ARP广播请求获取。
如果下一跳不是0.0.0.0表示目的IP不是本网络的地址就发给下一跳的地址。
如果在路由表中都没有找到匹配的目标网络那就看有没有配置默认条目了默认条目也就是目标是0.0.0.0的条目表示任意的IP都可以通过此条目的下一跳也就是默认网关地址转发出去。
如果在路由表中没有找到任何匹配的目标网络并且没有设置默认条目那就直接将数据包丢弃并返回一个 主机不可达的 ICMP 请求。
路由表分为静态路由和动态路由静态就是需要人手工配置路由表是固定不变的动态路由是根据一些规则动态更新路由表数据总之 路由表最终会有一些描述网络拓扑结构的记录存在。
当路由器A收到数据包之后解封装这个数据包从下层网上拆链路层拆出 MAC 地址发现就是自己的继续拆拆到 IP 层找到目的 IP 地址拆到 IP 层就可以了。然后拿着这个目表 IP 地址在路右边中检索看看是否正好有对应的目标网络。
拿192.168.8.0子网掩码是255.255.255.0这个目标网络来说目标是一个网络地址可以理解为一个子网局域网那如果IP数据报里的目标IP是192.168.8.8/24或192.168.8.188/24都能对应上这一条记录因为这两个地址和子网掩码与操作之后得出的网络地址都是192.168.8.0。于是就发给下一跳 0.0.0.0。
假设我们的目标IP是114.21.1.1通过查表发现了正好有目标地址是114.21.1.0的记录于是转发给下一跳地址 114.21.1.100通过en0这个接口发出去直接发送到了与之相连的子网B的顶层交换机。
如果没有找到对应的记录查看是否有默认路由也就是目的地址是0.0.0.0的记录如果有的话就发给默认路由对应的下一跳地址。如果连默认路由也没有直接将包丢弃然后回复给源IP 一个类型为主机不可达的ICMP包。告诉源主机此路不通了然后应用程序根据这个信息选择新的应对策略。
子网B的交换机X转发包
数据包从路由器A出来之后先到了子网B的顶层交换机然后经过顶层交互机的转发转发给了子网B的交换机X。顶层交换机如何转发就不说了和交换机X的转发过程是一致的。 交换机的转发就要说到转发表了。
在交换机中维护着一张叫做转发表的映射表。一台交换机上有很多个接口每个接口连接一台设备。转发表记录的就是接口和所连接的设备的MAC地址的映射关系。交换机就是根据这张表将数据帧传输到指定的主机端口上的。 数据包走到交换机这里了说明它离目的地已经不远了已经找到目标主机所在的局域网内了。
当数据包到达交互机后交换机检查自己的MAC表是否有数据帧中目的MAC地址的匹配条目如果有则会根据MAC表中记录的对应端口将数据帧转发出去这一转发方式称为「单播」。
而如果没有则会将该数据帧从非来源端口的其它全部端口发送出去这一转发方式程序称为「广播」。。
假设交换机 X 收到数据包后根据目标MAC地址查询转发表没查到这时候交换机X就将包从端口1和端口2广播出去给主机X-1和主机X-2主机X-1收到这个包后对比目的MAC地址和自己的是否一致结果发现这个包是发给自己的会回复交换机X一个数据包包含自己的主机X-1的MAC地址这时交换机X就将这个MAC地址和交换机上对应的端口的映射关系记录到转发表。这一过程通常称为「自学习」。
主机X-2发现包不是发给自己的直接就忽略了。
到此为止主机X-1就顺利收到包了确切的说是一个以太网帧。
子网B的主机X-1收到包之后
主机X-1收到这个数据帧之后链路层解析发现正好是发给自己的因为目标MAC地址和自己的一致然后交给网络层发现目的IP也是自己的于是交给传输层传输层解析TCP段最后将数据交给上层的应用层应用层根据TCP的目的端口号判断是那个应用程序要处理收到的数据。
总结
下面的流程图是对上述过程的汇总可以点开下面的大图查看。 其中有几个细节要理解对理解整个过程有很大帮助。
1、链路层的以太网数据帧必须要有目的端的 MAC 地址而且必须是下一跳的 MAC 地址。别问为什么协议就是这么规定的。
2、正因为链路层以太网帧必须是下一跳MAC地址所以整个传输过程中以太网帧是一直解包、重组的目的就是把下一跳MAC地址重组进去。
3、网络层 IP 协议中的目的 IP地址是不能变的那有人要问了发送端和目的端虽然不是在一个子网中但它们的局域网地址都是 192.168.1 网段的那怎么能找到目的主机呢。本篇并没有讨论这个问题这其实就要牵扯到公网和内网的映射了一个局域网最终会映射到一个公网 IP 地址上比如路由器可以设置 NAT 功能。
4、ARP 协议只工作在局域网中ARP 通过 IP 获取 MAC 地址是通过向局域网内所有主机广播 ARP 请求的只有对应的 IP 地址才会回复这个 ARP 请求。
5、每经过一个路由设备都要将 IP 数据报拆包然后再重组源IP地址设置为自己的然后 TTL 减一TTL 有一个限制比如 32当路由次数超过这个数值表示网络环境不是很好绕的太远了就会把这个包丢弃掉。
