HCIA笔记-数据转发过程

Posted 2021-05-15 丨Kang

数据封装及转发过程

　　封装过程

　　　　应用程序产生的数据，需要经过逐层封装，最后才可以通过物理线路发送出去。我们按照TCP/IP参考模型举例。

　　　　应用程序产生的数据，就是应用层的数据，我们也称为PDU（Protocol data unit，协议数据单元）往下就到了传输层，需要封装传输层的报头，报头中的源端口和目的端口，用来区分不同的应用程序。

　　　　再往下就是网络层。传输层的PDU到了网络层，在我们IP网络中，会封装IP报头。IP报头中的源IP和目的IP，用来进行网络层的寻址，这个地址是逻辑地址，可以修改，并且不同网段中的IP地址不一样。

　　　　继续往下，就是数据链路层。当网络层的PDU到达数据链路层时，会继续封装二层的帧头，常用的时Ethernet_II类型的帧头。帧头中的源MAC地址，目的MAC地址，是二层网络的寻址依据。

　　　　最后，数据来到了物理层，数据被转换称0和1的bit流，在物理介质中进行传输。

　　　　以上是发送方发送数据时的过程，在接收方，经过的流程就是一个反向的操作，一层一层的剥掉封装的报头，最后将数据交给对应的应用程序去处理。

　　转发过程

　　　　我们按照下面的拓扑分析：

　　　　

 

 

 

 

　　　　PC1在192.168.1.0网段，PC2在192.168.2.0网段。我们假定PC1上的某一个应用程序要和PC2上的应用程序通信，PC1上的应用程序端口号为1111，PC2上应用程序端口号为2222，IP地址、MAC地址如拓扑图上所示：

　　　　PC1完成数据封装：

　　　　　　由于PC1和PC2不在同一网段，因此PC1需要先发给网关，即R1的G0/0/0口。为了让路由器R1能够接收并处理这个数据包，因此目的MAC地址需要设置为R1的G0/0/0口的MAC地址（路由器收到目的MAC地址不是自己的数据包之后会直接丢弃不处理）。

　　　　　　若PC1查看自己的arp表，发现并没有网关的MAC地址时，会先发送ARP广播进行查询，PC1和网关交互过ARP之后，PC1就知道了网关的MAC地址，于是就可以完成想要发送的数据的封装。

应用层数据
传输层	源端口：1111	目的端口：2222
网络层	源IP：192.168.1.1	目的IP：192.168.2.1
数据链路层	源MAC：54-89-98-F7-7F-EA	目的MAC：00-E0-FC-6E-28-67

　　　　主机将封装好的数据，转换成bit流发送出去之后，交换机SW1将会首先收到这股bit流，然后组合成数据帧。交换机查看二层的帧头，确认这个数据帧的来源是谁，以及确认这份数据帧要发往哪个目的地。

　　　　交换机收到这份数据帧，查看二层帧头，查看目的MAC地址为00-E0-FC-6E-28-67，然后查找自己本地的MAC地址缓存表，确认目的MAC00-E0-FC-6E-28-67和本地G0/0/1口关联，因此从G0/0/1口转发这份数据帧。

　　　　　　交换机若收到未知单播帧时（目的MAC地址在自己的MAC地址缓存表中找不到），会进行泛洪处理。

　　　　交换机转发数据帧，之后路由器AR1收到了这份数据，首先查看目的MAC地址，是否是自己接收接口的MAC地址，比对之后发现是自己接口的MAC地址，然后拆掉二层封装，进而处理三层报头信息。查看目的IP地址和子网掩码，将目的IP地址192.168.2.1和子网掩码255.255.255.0进行与运算，得到目的网络号192.168.2.0/24，然后查找自己的路由表。AR1的G0/0/1口配置了192.168.2.1/24的地址，本地路由表会自动生成一个192.168.2.0/24的直连路由。查找路由表之后发现可以找到对应的路由条目，因此将数据包重新封装并转发。在重新封装时，目的MAC地址就要写成PC2的MAC地址，因此路由器也会查看自己的ARP表，查看是否有PC2的ARP表项。若有就可以直接封装；若没有，则也需要发送ARP广播，请求PC2的MAC地址。在AR1知道PC2的MAC地址之后，完成数据包的重新封装。新的数据包将会变成这样：

应用层数据
传输层	源端口：1111	目的端口：2222
网络层	源IP：192.168.1.1	目的IP：192.168.2.1
数据连路层	源MAC：00-E0-FC-6E-28-68	目的MAC：54-89-98-22-75-DD

　　　　路由器完成封装之后，由路由出接口，也就是G0/0/1口将数据转发出去。交换机SW2收到这份数据，查看二层帧头，确认目的MAC地址为54-89-98-22-75-DD，然后查看自己本地的MAC地址表，发现是和E0/0/1接口关联的，因此从E0/0/1口将数据转发出去。

　　　　交换机SW2转发出去数据，PC2将收到这份数据。查看二层帧头，确认MAC地址是否是自己网卡的MAC地址。查看之后，发现目的MAC地址是自己网卡的MAC地址，就会接收这份数据，拆掉二层封装，交由网络层模块继续处理（若目的MAC地址不是自己，则会丢弃这份数据）。PC2查看三层报头，确认目的IP是自己的IP地址，之后会拆掉三层封装继续处理（若目的IP地址不是自己，也会丢弃这份数据）。传输层继续处理数据，查看源端口和目的端口，确认目的端口为2222，拆掉四层封装，将内部数据交由端口号2222对应的应用程序。