【网络学习】A-B主机在同一子网和不同子网中的通信过程
同一子网
两台主机分别为A和B，A主机中如果使用名称访问B主机必须先使用DNS，将B的名称解析为IP，然后A主机一以自己的IP为源地址，B的IP为目标地址封装IP数据包，同时使用A自己的网卡接口的子网掩码和B的IP进行与运算，如果B和自己在636f70797a6431333262353438相同网络机载接口直接发送出去。但接口在发送时还需要将IP数据包封装成数据帧，这需要两台主机的MAC地址。如果A知道B的MAC，则直接使用B 的MAC作为数据帧中的目的地址，如果不知道则向网络中发送ARP广播，将B的IP解析为MAC。
得到B的MAC地址后完成数据帧的封装，将数据帧用高低不同的电平值表示发送到物理线路中就可以了。这是同一子网中A向B的单向通信过程。
不同子网
不同子网的通信过程中，DNS的名称解析是一样的。在数据包当中封装的源IP是A，目标IP是B，这个也一样。但是当A主机使用接口掩码和B的IP进行与运算后会发现两个IP不在同一子网，这是A会将这个数据包发送给本网络的网关（通常是本网的路由器），由网关来转发。另外，在封装数据帧时，主机需要知道B的MAC地址，向外广播要求解析B的MAC，但B不在本网络，所以只能有网关的ARP代理功能实现，但A主机得到的并不是B的MAC地址，而是网关的MAC地址，所以A在数据帧中封装目的地址为本地网关。接下来从接口发送出去，当数据到达网关，网关会读取数据包中的目的IP，并根据目的IP进行转发，在转发时数据包中的目的IP不变，但数据帧中的源MAC地址和目的MAC地址都会发生变化。源MAC地址变为网关的发送接口的MAC地址，而目的地址可能是B主机的MAC或是下一个路由器的接口MAC。这就是不同子网的单向通信过程。B向A的通信和此过程是一样的。
如下摘自：https://blog.csdn.net/whueratsjtuer/article/details/89702586
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下面是软件主界面的截图 ：
我们看看同一网段内的主机是怎么通信的。
1. 假设我们有如下的一个子网：
三个主机通过一个hub进行连接，我们知道hub是第一层（物理层）设备，所以它只具备无脑广播的功能。
此时，子网内的任何一个两个主机之间的通信都是通过广播的方式来进行，而且一次只能允许一台主机发送消息（冲突域），否则同一条线路可能同时传输两个信号，会相互干扰。这种通信方式效率非常低，因此hub现在已经很少使用了。
2. 把上图中的hub换成switch：
Switch是第二层网络设备（数据链路层），它具备了数据单播的能力，因为switch具有自学习能力（其实就是维护一个mac-address-table)，保存了跟它连接的设备的mac地址与端口的映射关系。
数据链路层的数据包格式如下：
它包含了目标mac和源mac。当数据包从一台主机（MAC地址为X）发送另一台主机（MAC地址为Y）时，数据包先发送交换机上，交换机在mac-address-table更新X和端口的映射。然后查询Y是否在表中，如果存在则将数据转发到该端口；如果不存在则广播到所有端口上，Y主机收到以后返回一个数据包到交换机，交换机更新Y的映射关系。这样下载X再给Y发送数据的时候，就不需要广播了。
如果一个网段内主机非常多，这个表可能会是TB级别的，不易扩展和维护。那我们可以采用这样一个办法，那就是将多个主机组成一个子网，这个子网共用一个逻辑地址（其实就是IP地址），子网的网络设备只需要维护子网内的主机就行了。然后将许多子网连接起来组成一个更大的子网，这样可以一直扩展下去，理论上就可以容纳无穷多台主机了。如下图：
有了IP地址以后，我们边可以将数据包先发送到目标主机所在的子网，剩下的可以依据上面的原理就可以发送到目标主机了。
注:先看看IP数据包的大概格式。可以看到数据格式跟数据的流动方式密切相关的。数据从主机A的应用层依次往下进行封装，在后再路由器先解封，在重新封装，最后发到目标主机进行解封，所以才有了上面的数据格式
3. 在同一子网中，两个主机要通过IP地址进行通信，过程是怎样的呢？
以ping命令为例，当我们用PC0 ping PC1时，数据包发送过程如下图所示：
总结一下，每次同一子网内主机之间要通信之前，源主机都要查询目标ip是否在自己的mac-ip映射表中，如果不存在就要通过arp协议来寻找目标主机的mac地址，找到目标主机的mac之后，源主机会将目标主机的mac-ip添加到映射表中，然后就可以开始点对点发送数据了。
下面来看看不同网段之间主机之间的通信过程。
假设我们有如下的网络拓扑结构：
我们要跟目标主机通信，就必须知道目标主机的ip和mac地址。如果源主机与目标主机不属于同一子网，那么目标mac地址为默认网关的mac地址。随后数据被发送到默认网关，发送的方式参考上面同一子网内主机的通信（因为默认网关与源主机必定是在同一个子网中的）。默认网关收到后，将目标mac地址设置为下一跳的路由器的mac地址（找不到下一跳的mac地址就使用arp协议，广播到所有子网设备）。在这一过程中目标IP和源IP始终不变，只有目的mac地址不断变化。
为什么要同时使用mac地址和ip地址？
不同的地址作用于不同的层，mac作用于数据链路层，ip作用于网络层；数据包中，“mac地址包在ip地址之外面” ，每当一个数据包被解析时，总是mac地址先被解析到。如果数据包的mac地址跟当前设备的mac地址不符，则直接丢弃，反之会继续向上层发送，这样能够提高效率。所以可以这样理解，ip地址是逻辑地址，它可以计算网络的最短路径，为数据包指明了下一个应该去的设备，将下一个设备的mac地址设为目的mac地址，从而使得该数据包能够被送到那个路由器。
总结起来可以这么理解，ip地址为数据包去向指明了方向，下一个站是哪里；而mac地址有点类似于一个跑腿的，能够将数据包运送到指定的设备。因此，可以看到在整个传输过程中目的ip始终不变，应为它表明了数据包的终点，每次到达一个路由器，都会计算出下一步怎么走最优，一旦找到了下一个目标路由器，则将目的mac设为那个路由器的mac，至于怎么到达，就不是ip地址需要操心的了，而是由数据链路层和物理层负责。
