网络通信流程

目录

♫IP地址

♫子网掩码

♫MAC地址

 

 ♫相关设备

 ♫ARP寻址

 ♫网络通信流程

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♫IP地址

我们已经知道 IP 地址由网络号+主机号组成，根据 IP 地址的不同可以有5钟划分网络号和主机号的方案：

其中，各类地址的表示范围是：

分类	范围	适用网络	网络数量	主机最大连接数
A类	0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	大型网络	126	16777214    【(2^24)-2】
B类	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	中等规模网络	约16000 个	65534  【(2^16)-2】
C类	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	小型网络	-	254   【2^8-2】
D类	224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
E类	240.0.0.0 ~ 247.255.255.255

上面 A 类、B 类、C 类的 IP 地址由网络号标识不同的广域网网段，而若想在广域网里再划分子网，就要通过子网掩码对 IP 地址进行子网划分。

♫子网掩码

子网掩码是一个32位地址，由连续的1和0组成，连续的1表示网络号，连续的0表示主机号，通过0的个数可以计算出子网中主机的IP地址范围。

如：用子网掩码255.255.255.252划分一个 C 类 IP 192.1.1.0：

①.将255.255.255.252转换为二进制为11111111.11111111.11111111.11111100，表示每个子网中只有4个IP地址（2^2）

②.192.1.1.0~192.1.1.255的地址段共可划分64（256/4）个子网，其中第一个子网的地址范围是192.1.1.0-192.1.1.3，第二个子网的地址范围是192.1.1.4-192.1.1.7，以次类推。

将 IP 地址和子网掩码进行“按位与”操作（二进制相同位，与操作，两个都是1结果为1，否则为0），得到的结果就是网络标识（划分子网后的网络号/ 网段（划分前的网络号+子网号））。 将子网掩码二进制按位取反，再与 IP 地址位与计算，得到的就是主机号。

注：

①.每个子网的第一个IP地址为网段地址（如：192.1.1.0、192.1.1.4），最后一个IP地址（如：192.1.1.3、192.1.1.7）为广播地址，都不可用。

②.IP 地址描述的是路途总体的起点和终点，是给人使用的网络逻辑地址。

♫MAC地址

MAC地址，即 Media Access Control Address，用于标识网络设备的硬件物理地址（每个网卡都有唯一的一个MAC地址），用于识别数据链路层中相连的节点，在网卡出厂时就确定了，不能修改。MAC地址长度为48位，一般用16进制数字加上冒号的形式来表示（例如： 08:00:27:03:fb:19） 。

注：

①.广播数据报（对象为同网段所有主机）的MAC地址为： FF:FF:FF:FF:FF:FF。

②.MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点，是给网络硬件设备使用的网络物理地址。

 ♫相关设备

♩.集线器：集线器工作在物理层，发送到集线器的任何数据，都只是简单的将数据复制并转发到其他所有端口（集线器后边的物理端口）。

♩.交换机：交换机工作在数据链路层，交换机内部会记录并维护一张 MAC 地址转换表：

①.  MAC 地址转换表主要记录 MAC 地址与端口（交换机后边的物理端口）之间的映射。

②. 主机连接到交换机，及主机发送数据的时候，交换机都可以学习并记录该主机 MAC 地址与端口信息。

③. 交换机接收到数据报以后，在 MAC 地址转换表中，通过目的 MAC 查找到对应的端口，则目的主机为与该端口相连接的主机，只需要将数据报转发到对应端口上即可。

④.如果通过目的 MAC 找不到对应端口，交换机则设置数据报目的 MAC 为广播地址 FF:FF:FF:FF:FF:FF，发送到其他所有端口，目的主机返回响应后，交换机再记录该主机MAC与端口的映射信息。

♩.路由器：配有 IP 地址，可以进行路由选择（在复杂的网络结构中，找出一条通往终点的路线）；是一种网关设备，可以划分公网和局域网（内网），同时还可以把局域网划分为多个子网（不同网段）：

①. 划分局域网多个子网时，可以直接通过ARP寻址找到局域网任意主机。（这里的局域网就是路由器下的多个子网组成的局域网）。

②. 划分公网和局域网时，局域网内主机发送数据报到公网主机时，需要基于NAPT协议，将局域网主机的IP地址和端口号，转换为路由器公网IP和端口号（指路由器中运行的程序的端口）。

注：局域网IP+端口需要转换为公网IP+端口，原因是接收端返回的响应数据报，目的IP和目的端 口无法使用局域网IP和端口。

 ♫ARP寻址

ARP是一个介于数据链路层和网络层之间的协议，ARP 协议建立了IP地址与 MAC 地址的映射关系。 在数据链路层，寻找下一跳设备 MAC 地址的过程，称为 ARP 寻址：

①.主机和路由器中都保存了一张 ARP 缓存表，通过 IP 地址可以找到对应的 MAC 地址。

②.根据下一跳设备的 IP 地址，在 ARP 缓存表中能找到对应的 MAC 地址，则可以设置目的 MAC 并发送数据报。

③.如果找不到，则发送 ARP 广播数据报：目的 MAC 为广播地址，询问下一跳设备的 MAC 地址。

 ♫网络通信流程

发送数据报时，发送端主机都需要先根据网络分层从上到下封装：

封装过程中需要根据根据目的 IP 通过 ARP 寻址获取到目的设备的 MAC 地址，在数据链路层以太网帧头中，设置目的MAC并发送数据包。封装好数据后，就需要根据发送端主机（源主机）与接收端主机（目的主机）是否在同一网段，来设置下一跳设备：

①. 源主机和目的主机在同一个网段时，下一跳设备就是目的主机：

集线器找到目的 MAC 地址的情况：

集线器没找到目的 MAC 地址的情况：

交换机情况：

②.源主机和目的主机在不同网段时，发送端主机是无法知道目的主机在哪，此时会设置下一跳设备为网关设备：