# 计网（3）
计网（3）
基础篇
- 两点传输MAC
生成了IP头部之后，还需要在网络包前面加上MAC头部
MAC包头格式
MAC头部是以太网使用的头部，包含接收方和发送方的MAC地址信息。
一般在TCP/IP通信中，MAC包头协议类型只使用：
0800：IP协议
0806：ARP协议
MAC发送方和接收方如何得到地址？
发送方的 MAC 地址：MAC 地址是在网卡生产时写入到ROM里的，直接读取出来写入 MAC 头部即可（也就是一张网卡有其对应的 MAC 地址）。
接收方的 MAC 地址：
通过查询路由表：在路由表中找到匹配的条目，判断目标ip是否在本地网络（同一子网下）。
6.1 同一子网（通常同一子网就是同一以太网：子网是网络层概念的逻辑地址，以太网是物理层面的地址）
ARP协议会在以太网中以广播的形式，对以太网所有设备喊出：“这个IP地址是谁的，请把你的MAC地址告诉我。”以此得到接收方的MAC地址。后续操作系统会把本次查询结果放如ARP缓存的内存空间，保存几分钟，以免后面要使用。
小结一下，处于同一子网发包时：
先查询ARP缓存，如果保存了对方的MAC地址，就不需要发送ARP查询，直接使用，否则发送ARP广播查询MAC地址。
在Linux系统中，通过arp -a命令查看ARP缓存内容。
6.2 不同子网
如果目标ip不在本地子网中，通过查询路由表获取网关ip，在ARP网关ip的MAC，然后把包发送给默认网关(Gateway)，由网关转发到其他网络。（网关 = 路由器 = 管理多个子网）
- 网卡——出口
网络包只是一串二进制数字信息，无法直接发送给对方。因此，我们需要利用网卡将数字信号转换为电信号，才能在网线上传输（这才是真正的数据发送过程）。而网卡则是由网卡驱动程序控制的。
网卡驱动获取网络包之后，将其复制到网卡内的缓存区中，在开头加上报头和起始帧分界符，在末尾加上用于检测错误的帧校验序列。
起始帧分界符：表示包的起始位置
帧校验序列（FCS）：检查包传输过程是否有损坏
- 交换机——送别者
交换机的设计是将网络包原样转发到目的地，交换机工作在MAC层，也称为二层网络设备。
交换机的包接受操作
首先，电信号到达网线接口，交换机里的模块进行接受，接下来交换将电信号转换为数字信号；通过包末尾的FCS校验错误，如果没问题则放到网卡缓冲区。而计算机网卡本身具有MAC地址，通过核对接收到的包的接收方MAC地址是不是发给自己的，如果不是则丢弃；相对的，交换机端口不核对接收方MAC地址，而是直接把所有包存放在缓冲区中。因此，交换机的端口不具有MAC地址。（这里指的是交换机只是一个转发接口，不参与生成帧，也不需要MAC地址通信）
将包存入缓冲区后，接下来需要查询这个包的接收方MAC地址是否已经在MAC地址表（记录其他设备的MAC地址 ↔ 交换机端口的映射关系）中有记录了。
交换机的MAC地址表：
小结：交换机根据MAC地址表查找MAC地址，然后将信号发送到相应的端口。
当MAC地址表找不到指定的MAC地址怎么办？
找不到的原因可能有两个：该地址的设备还没有向交换机发送过包，或者这个设备一段时间没有工作，导致地址从地址表中移除了。
这种情况下，交换机会把包转发到出来源端口之外的所有端口上，无论设备连接哪个端口都可以接收到这个包。
此外，如果接受方的MAC地址是一个广播地址，那么交换机同样会把包发送到除源端口之外所有端口。MAC地址中 FF:FF:FF:FF:FF:FF与IP地址中的255.255.255.255是广播地址
- 路由器——出境大门
路由器与交换机的区别
网络包经过交换机后，到达了路由器，并在此被转发到下一个路由器或目标设备。这一步工作原理与交换机类似，通过查表判断包转发的目标。
具体操作上：
路由器是基于IP设计的，俗称三层网络设备，路由器的各个端口都有MAC地址和IP地址；
交换机是基于以太网设计的，俗称二层网络设备，端口不具有MAC地址。
相当于所有数据都会经过交换机，路由器会接收到相匹配的数据。
路由器的基本原理
转发包时，首先路由器端口会接受发给自己的以太网包，然后查询路由表获取转发目标，再由相应的端口作为发送方将以太网包发送出去。
路由器的包接受操作
首先，电信号到达网线接口部分，路由器中的模块会将电信号转成数字信号，然后通过包围的FCS校验错误。
如果没有问题则检查MAC头部中的接收方MAC地址，查看是否是发给自己的包，如果是就放到接收缓冲区中，否则就丢弃这个包。
小结：路由器端口有自己的MAC地址，只接受与自身地址匹配的包，不匹配的就丢弃。
路由器包的输出端口确定
完成包接受操作后，路由器会去掉包开头的MAC头部。（MAC头部的作用就是将包送达指定路由器，之后就会被丢弃）
接下来，路由器会根据MAC头部后方的IP头部中的内容进行包的转发操作。
首先查询路由表判断转发目标
根据上图，举个例子：
假设地址为10.10.1.101的计算机要向地址为192.168.1.100的服务器发送一个包，这个包先到达图中的路由器（根据MAC地址）。根据包的接收方IP地址查询路由表中的目标地址栏，找到匹配的记录。每个条目的子网掩码和192.168.1.100ip做&与运算后，得到的结果与对应条目的目标地址匹配，如果匹配就作为候选转发目标，如果不匹配就继续与下个条目匹配。
例如：第二条目的子网掩码与192.168.1.100ip做&与运算得到192.168.1.0，与第二条目的目标地址匹配，所以该条目记录作为转发目标。如果都没匹配到，选择默认路由，路由表中的子网掩码为0.0.0.0的记录表示默认路由。接下来进入发送操作。
路由器的发送操作
根据路由表的网关列判断对方的地址：
- 如果网关是一个IP地址，则这个IP地址就是转发的目标地址，还没到达终点，需要继续转发。
- 如果网关为空了，则ip头部中的接收方ip地址就是要转发到的目标地址，说明已经抵达终点。
知道IP地址后，通过ARP协议根据IP地址查询MAC地址，并将结果作为接收方MAC地址。同样地，路由器中也有ARP缓存。
发送方MAC地址字段则填写输出路由器输出端口的MAC地址，协议类型则填写0800表示IP协议。
接下来会将其转换成电信号并通过端口发出，这一过程与计算机是相同的。
发送出去的网络包又会通过交换机到达下一个路由器，接下来下一个路由器又会将包转发到再下一个路由器，经过层层转发之后，网络包就到达了最终的目的地。
在网络包传输的过程中，源IP和目标IP始终是不会变的，一直变化的是MAC地址，因为MAC地址需要在以太网内进行两个设备之间的包传输。
- 服务器与客户端——层层扒皮
服务器端通过层层扒皮，得到TCP头部里的端口号，根据端口号定位到HTTP服务器进程想要这个包，于是将包发送给HTTP进程，服务器的HTTP进程看到后，知道了这个请求是要访问一个页面，于是就把这个网页封装在HTTP响应报文里，同样地穿上TCP、IP、MAC头部后发送给客户端。
客户端把收到的数据包经过层层扒皮后，交给浏览器去渲染页面。最后客户端要离开了，向服务器发起TCP四次握手，至此双方连接断开。
- 思考
- 如果知道对方电脑的MAC，能直接发送消息到这台电脑上吗？
Mac地址只能是两个设备之间传递时使用，所以即使知道对方电脑的MAC也不能直接发送消息，而要通过IP地址一步步封装。 - 公网服务器的MAC地址是什么时机通过什么方式获取的？通过arp获取MAC地址只能获得到内网及其的MAC地址。
你在局域网内无法直接获取公网服务器的MAC地址，
你只能获取到你局域网网关的MAC地址（第一跳）。
每个路由器在转发时会根据下一跳IP 去封装对应的下一跳MAC地址，
只有目标子网的网关路由器会去 ARP 目标服务器，获取服务器的 MAC 地址，最终送达。
浙公网安备 33010602011771号