现在网络中充斥这各式各样的信息，那么咱们的计算机是如何上网的呢？不知道你是否考虑过这个问题？今天就讨论下，我们是如何在外网上网的。
现在我们家庭中一般上网的模式就是，买一个路由器，然后登陆路由器以后，配置好上网信息，去连接路由，如果没有开启DHCP的话，会让配置IP等信息等，其中有一点需要注意的就是，需要配置一个名为“网关（Gateway）”的东西，配置过后往往就可以访问目标机器了，访问外网就需要跨过网关。
- 1.跨网关访问外网涉及到哪些相比于局域网的改变？
要说改变的话，可能首当其冲的就该说IP和MAC的改变吧，需注意的是，当前本级的IP地址是当前局域网内的IP，也就是说，并不能在外网中当作识别的“门牌”，那么它是怎样变化的呢？请看下我刚从google上找到的一个相关报头的示意图我觉得很不错就直接引用了。
图一.IP与MAC头示意
1.这里来讲解下这张图，在 MAC 头里面，先是目标 MAC 地址，然后是源 MAC 地址。
2.协议类型是当前协议的类型，咱们一般访问网页啥的会说明咱们用的是IP协议。
3.IP头中所说的版本号，在咱们当下主流使用的是IPv4。
4.首部长度指明IPv4协议包头长度的字节数包含多少个32位。
5.TOS 定义IP封包在传送过程中要求的服务类型。
6.总长度指的是IP协议头格式中指定IP包的总长，通常以byte做单位来表示该封包的总长度，需要注意的是此数值包括标头和数据的总和，占16位说明其最长为65535字节，但不是说一个IP数据报就会那么长，实际上它会被链路层进行进一步的拆分传送。
7.标识是每一个IP封包都有的一个16位的唯一识别码。
8.标志，这是当封包在传输过程中进行最佳组合时使用的3个bit的识别记号。
9.片位移是指网络包被拆分的顺序，由于拆分后，接受的顺序不一定是被拆分的顺序，所以需要这个。
10.TTL是指生存时间，这个字段设置了数据报可以经过的最多路由器数，表示数据包在网络上生存多久｡
11.这里的协议就是下一层的协议，也就是，是 TCP 还是 UDP。
12.最重要的就是这个源IP地址和目标IP地址，要通过这个来判断这个是否要经过网关出去到外网。判断依据就是是否在同一个网段，利用CIDR和子网掩码可得。
数据发往网关的步骤与内网设备交互相同，先在报文中加入源IP地址和目标IP地址，利用ARP找到网关的MAC地址，加入报文，进行发送。
而网关往往是一个路由器，是一个三层转发的设备，拿下MAC头和IP头，查看报文要被转发到哪里，并进行处理。我曾经看到过对于路由器的一个很好的比喻分享给大家：“路由器是一台设备，它有五个网口或者网卡，相当于有五只手，分别连着五个局域网。每只手的 IP 地址都和局域网的 IP 地址相同的网段，每只手都是它握住的那个局域网的网关。 ”，也就是说任何一个想发往其他局域网的包，都会到达其中一只手，被拿进来，拿下 MAC 头和 IP 头，看看，根据自己的路由算法，选择另一只手，加上 IP 头和 MAC 头，然后扔出去。
那么问题来了，发往其他地方的包，该选择哪个手扔出去呢？并且其中哪些内容要变呢？实际上可以分为两类，静态路由和动态路由两种处理方式
静态路由：其实就是写死了很多的规则，想去这个网段的从这个口出，想去另一个网段的，就从另一个口出。
动态路由：通过一定的算法，生成动态路由表，随着网络状态的改变而改变。
前面铺垫了那么多基础知识，那么到底IP和MAC中哪些变哪些不变呢？（以下按照静态路由的方式说明，因为简单）
首先说下MAC地址，由于MAC地址是一个局域网内才有效的地址，所以出网关的话肯定会变。IP地址的话一般我们需要按照情况分为两类讨论，两者主要的区别在于 IP 地址是否改变，不改变该IP地址的，被称作转发网关，改变IP地址的被成为NAT网关。
（安利个画图软件，ProcessOn，还挺好用的，手动滑稽）
1.转发网关
设备A访问设备B
上图发生的一个变量改变，「静态路由表，对应网段网口已经配置好，会按配置表跳」：
（1）源MAC：设备A的MAC；目标MAC：路由A的MAC；源IP：192.168.2.112；目标IP：192.168.4.112
（2）源MAC：路由A的MAC；目标MAC：路由B的MAC；源IP：192.168.2.112；目标IP：192.168.4.112
（3）源MAC：路由B的MAC；目标MAC：设备B的MAC；源IP：192.168.2.112；目标IP：192.168.4.112
从上面可以知道，源IP和目标IP是不变的，MAC是要变的，报文中不保存网关信息，也就是说所谓的下一跳是，某个 IP 要将这个 IP 地址转换为 MAC 放入 MAC 头中。「需要注意的是，这里更类似我们所说的拓扑网络，IP地址在三个局域网可见，并且相互不会冲突」
2.NAT网关
这里跟上种形式最大的区别就是，彼此网络中IP可能会产生冲突。就例如北京有个“莲花街23号”，石家庄也有个“莲花街23号”。那么这时候，咱们就需要让他有一个“国际身份”，凡事要去北京的就先到北京，凡事要到石家庄的就先到石家庄，再去各地的“莲花街”。如下图，两个都是192.168.2.1
设备A访问设备B
上图发生的一个变量改变
（1）源MAC：设备A的MAC；目标MAC：路由A的MAC；源IP：192.168.2.112；目标IP：192.168.3.2
（2）源MAC：路由A的MAC；目标MAC：路由B的MAC；源IP：192.168.3.1；目标IP：192.168.3.2
（3）源MAC：路由B的MAC；目标MAC：设备B的MAC；源IP：192.168.3.1；目标IP：192.168.2.112
从设备 B 接收的包可以看出，源 IP 为设备 A 的国际身份，因而回包的时候也应该是A的国际身份，由路由 A 做 NAT，转换为国内身份。咱们家中所使用的路由器多采用该种模式。
总结一下：
1.如果局域网需要访问外网的话，就需要过网关，过网关的判断标准就是访问的地址是否在统一网段内，根据CIDR和子网掩码算下。
2.路由器是一个三层设备，里面有如何寻找下一跳的规则，分为静态路由和动态路由
3.网关有两种，转发网关和NAT网关。转发网关MAC地址不变，改变IP；NAT的是关键是一个“国际身份”
4.MAC头和IP头的那些概念
网友评论