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网络寻址过程详解

网络寻址过程详解

作者: VincentHK | 来源:发表于2018-02-05 14:34 被阅读0次

    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,不存在寻址的问题,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 ,协议数据单元)

    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(ARP请求分组),内容是:我的ip地址为:XXXX,MAC 地址为 :XXXX,询问 IP 地址为 192.168.0.2 的 MAC 地址是多少?在本局域网运行的所有主机上运行的ARP进程都会收到此ARP请求分组,但只有B会响应并向A发送一个ARP响应分组。

    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 地址表中去

    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(目的IP与各网络的掩码相与:直接较付->特定主机路由->间接交付->默认路由),找到下一跳地址是 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

    好的,关于数据包寻址过程今天就介绍到这里,希望对各位的学习能有所帮助!

    附:IGMP:因特网组管理协议(UDP);内部网关协议:RIP(路由信息协议:基于距离向量的路由选择协议),OSPF(开发最短路径优先协议);ICMP:因特网控制报文协议;CIDR无分类编址;ARP:地址解析协议;RARP:逆地址解析协议;CSMA/CD:载波监听多点接入/碰撞检测);DHCP动态主机配置协议(UDP端口67,68);FTP文件传输(TCP:21);DNS域名系统(UDP:53);TELET(TCP:23);SMTP(TCP:25).

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