网络工程师不完全手册——数据转发流程

这一节主要描述在TCP/IP协议栈中数据在交换机和路由器之间的传输过程。

为了说明传输过程，设计了一个网络结构，如下图示，

情况一：A发送数据到B，AB在同一个网段。

   当A发送数据给B时，初始阶段A只知道B的IP地址，不知道MAC地址，A给B的数据包不能完成完整的封装。A会发送一个广播寻找B的MAC地址，广播内容包括：A的IP、MAC地址，B的IP地址。SW1收到广播后，把A的MAC地址记录在MAC地址表中，并从其余接口转发出去。初B以外的主机、路由器收到广播后，不做任何回应。B收到广播后，把A的IP、MAC地址记录在ARP列表中，并回复A告知自己的MAC地址。SW1在收到B给A的回复后，在MAC地址表中添加B的MAC地址，并按MAC地址表转发给A。A收到B的回复后，更新自己的ARP列表，A把数据完成完整的封装，发送给B。数据到SW1时，SW1查看MAC地址表，知道B所在的端口后，直接从该端口转发，不再进行广播。

    注：在这段描述中，描述了交换机的MAC地址表，由于篇幅限制，我们下节着重说明。

情况二：A发送数据到B，AB在不同网段。

   如图所示，AB同时与SW1连接，配置的是不同网段的地址，R1与SW1的接口上配置了两个不同网段的地址作为A和B的网关。这种连接方式在大企业中经常遇见。当A给B发送信息的时候，会经过上述情况一的一系列过程，但是由于A与B不在同一个网段，发送、监听的广播地址不一样，故B会把从A发送来的广播丢弃。R1收到A发出的广播后，给A一个回复，告诉A发送B的数据发给R1，与此同时R1发送B所在网段的广播寻找B的MAC地址。A收到R1的回复后，在ARP表中添加B的IP与R1MAC地址的映射，在MAC地址表中添加R1的MAC地址。B收到R1的广播后，回复R1，并在MAC地址表中添加R1的MAC。A发送给B的数据经过R1转发给B，B在接到数据后更新ARP表，把A的IP和R1的MAC关联起来，B给A回复数据通过查找ARP表直接封转发送。SW1在整个过程中只记录与之接口相连接的MAC地址和转发广播。

情况三：A发送数据到C。

   A给C发送数据的过程和情况二类似，主要区别是情况二的数据传输顺序是A到SW1到R1到SW1到B，这个情况的传输顺序是A到SW1到R1到SW2到C。A的ARP表中C的IP和R1与SW1相连接的接口MAC映射，C的ARP表中A的IP和R1与SW2相连接的接口MAC映射。SW1和SW2的MAC地址表记录与之相连接设备接口的MAC地址。

情况四：A发送数据到D。

   A给D发送数据的过程与情况三类似，主要区别是这个情况的传输顺序是A到SW1到R1到R2到SW3到D。A的ARP表中D的IP和R1与SW1相连接的接口MAC映射，D的ARP表中A的IP和R2与SW3相连接的接口MAC映射。R1的ARP表中D的IP和R2与R1相连接的接口MAC映射，R2的ARP表中A的IP和R1与R2相连接的接口MAC映射。在这个情况中涉及到路由表，我们在后面章节详细说明。

   

   这个数据寻找目的MAC的过程，主要情况就是上述几种。个人认为理解清楚这几种情况后对排查错误有很大的帮助。