网络寻址过程详解

网络寻址过程详解     1、 OSI 七层模型2、 MAC 地址3、 IP 地址4、 ARP 协议5、 交换机工作原理6、 路由器工作原理 好的，大家好，今天我们来了解一下关于数据包在网络中寻址的过程。 数据包在两台电脑之间传输大体分为以下两种情况 1、 通过二层设备交换机直连的两台主机之间数据传输 ( HUB 就免谈了，它属于一层设备，既看不懂二层 MAC 地址，也看不懂三层 IP 地址，不存在寻址的问，直接广播就是) 首先我们必须了解一个概念，封装与解封装 封装 所谓封装是指在发送方发生的自上而下的过程 —— 在每一层为应用数据添加上特定的头部 / 尾部信息（ PDU ， Protocol Data Unit ，协议数据） Application （应用程序） →segment （数据段） →packet （数据包） →frame （数据帧） →bit （比特，二进制位） 解封装 所谓解封装是指在接收方发生的自下而上的过程 —— 逐层的去掉头部以及尾部信息由于今天我们只讨论数据传输过程，所以只牵涉到数据的四层以下封装。 假设现在 A 要向 B 发送数据，那么 A 首先要对发送的数据进行封装，在每一层会加上相应的数据头，传输层主要是加上源和目标端口号，网络层则加源和目标 IP 地址，数据链路层则加上源和目标 MAC 地址 1) 好的，由于 A 现在只知道 B 的 IP 地址，并不知道 B 的 MAC 地址，而二层设备交换机并不会按 IP 地址来转发数据，所以这时 A 会发一个 ARP 广播，目标 MAC 地址为 FF:FF:FF:FF:FF:FF，询问 IP 地址为 192.168.0.2 的 MAC 地址是多少 2) 交换机收到该帧后，发现是广播帧，于是转发到其它所有端口，并且会将该帧的源 MAC 地址（即 A 的 MAC 地址）添加到自己的 MAC 地址中去 3) B 当然会收到该帧，于是和自己的 IP 进行对比，发现匹配后，再以Ａ为目标Ｍ AC 地址响应Ａ的ＡＲＰ请求帧 4) 交换机收到Ｂ的回复帧后，将该帧的目标ＭＡＣ地址与自己的ＭＡＣ地址表进行对照，发现该帧对应的的端口是 F0/1 ，于是将帧转发到 F0/1 端口（如果数据帧的目标 MAC 地址在表中不存在，则会转发到除源端口外的其它所有端口），同时将该帧的源 MAC 地址（即 B 的 MAC 地址）加到自己的 MAC 地址表中 5) A 收到 B 的回复帧后，得知 192.168.0.2 的 MAC 地址是 2c 26.1ae3.2222 ，于是该信息保存到本地的 ARP 高速缓存中，同时以 B 的 MAC 地址为目标地址将要传的数据封装成帧，发送出去 6) 交换机再次收到 A 的数据帧，发现目的 MAC 地址是 2c 26.1ae3.2222 ，并且该地址对应的端口是 F0/2 ，于是将该数据转发到 F0/2 端口7) B 成功收到 A 发来的数据 2、 跨三层设备路由器的两台主机之间数据传输 好的，现在我们来看一下 pcA 是如何发送数据给 pcB 的 交换机的工作原理前面我们已经介绍过了，它维护了一张 MAC 地址表，用来反映各端口和 MAC 地址的对应关系，以便做好数据转发工作。下面我们来看一下路由器的工作原理，在路由器中也要维护一张表格，叫做路由条目表，用来反映如何到达某个 IP 地址网段，同时在路由器中也有 ARP 高速缓存，反映了该路由器各直接网段的 IP 地址和 MAC 地址的对应关系 1) 由于 B 的 IP 地址并没有和 A 在一个网段，所以当 A 向 B 发送数据时， A 并不会直接把数据给 B ，而是交给自己的网关，也就是 192.168.0.254 ，所以 A 首先会 ARP 广播请求 192.168.0.254 的 MAC 地址 2) A 得到网关的 MAC 地址后，以它为数据帧的目标 MAC 地址进行封装数据，并发送出去 3) routerA 收到该帧后，检查该帧的目标 IP ，并到自己的路由表查找如何到达该网段，发现能够到过，并且下一跳地址是 routerB 的 s0 端口，于是将数据重新封装，将源地址改为 s0 端口 MAC 地址，目标 MAC 地址改为 routerB 的 s0 端口 MAC 址址，并发送给 routerB 4) 中间路由器传递过程同理 5) 最后一个路由（此例为 routerC ）收到该帧，发现目标 IP 就在自己的直连网段，于是查看 ARP 缓存，如果找到该 IP 的 MAC 地址，则以该 MAC 地址封装数据发送出去，如果在 ARP 缓存没找到，则发出 ARP 广播，请求该 IP 的 MAC 地址，得到对应的 MAC 地址后，再发送给主机 B 在以上数据传递过程中，我们发现，数据帧的源 IP 和目标 IP 始终是不变的，而经过每个路由进行重新封装数据时 MAC 地址则在不断的变化，总是以自己的地址作为源 MAC 地址，下一跳的地址作为目标 MAC 地址