局域网内和局域网间的通信

Posted 2020-11-30 zdcsmart

1、交换机和路由器区别
交换机主要是用于组建局域网，而路由器则是负责让主机连接外网。

2、局域网间通信
例子1：

1． PC1与PC2通信时，在PC1电脑中，应用层产生数据交给传输层；传输层进行数据的分段，使数据的大小适合在网络上传递，根据应用层不同软件产生的数据，选择不同协议栈进行封装TCP或UDP,再进行不同服务端口号的封装（例：WWW 80 ,FTP 21），再传递给网络层；网络层在数据包头部进行封装源IP、目的IP，根据上层协议栈标识不同协议号，当IP包头封装TCP时协议号为6、UDP协议号为17，用来标识上层使用的协议，继续传递给数据链路层； 数据链路层在数据包头部进行帧的封装，封装源MAC、目的MAC,由于不知道目的MAC地址，会进行ARP的广播包，封装一个全F的类型字段为0X0806广播包，交付给物理层，物理层转换成电信号（bit流），发送到交换机；
2． 交换机接收后发现为ARP的广播包，进行其解封学习到PC1的MAC地址，继续封装并除接受端口以外的端口再次进行ARP的广播；
3． 路由器收到交换机发来的ARP广播，进行解封，查看到数据包中的类型字段为0X0806即ARP的广播包，进行回复，源MAC为路由（网关）的MAC,目的MAC为PC1的MAC，类型字段为0X0806，经过物理层将数据转换为电信号（bit流）发送给交换机；
4． 交换机收到后进行解封，学习到源MAC（路由器的MAC ），发现目的MAC已经存在自己的MAC表中，查看目的MAC对应的端口，并从对应的端口发送到PC1;
5． PC1接收数据包后进行解封，学习到路由器(网关)的MAC，在数据链路层将目的MAC封装为路由器（网关）的MAC, 类型字段为0X0800,并在数据帧尾部封装FCS,来校验数据的完整性，然后向下层传递给物理层，物理层把数据帧转换成电信号（bit流），发送到交换机；
（注：不同网段的通信，PC机先把数据传送到网关）
6． 交换机接收到数据包，查看到目的MAC已存在自己的MAC表中，根据自己MAC表中对应的端口发送出去；
7． 路由器接收到数据包后进行解封装，在数据包头部发现目的ip，便查找路由表条目中对应的端口，便对数据进行重写，由于不知道目的主机的MAC地址，路由器会发送ARP广播，PC2收到数据包进行解封，发现是ARP广播，类型字段为0X0806，
然后对其进行封装回复，源MAC为PC2的MAC，目的MAC为路由器的MAC，路由器收到后把PC2对应的MAC地址和端口记录在MAC表中，
8． pc2接受到信息，便对数据进行解封装，发现目的ip是给自己的，然后继续解封装，然后把数据传送给应用程序qq。然后对路由回复，在传输层设源端口号为8000，目的端口号为4000，封装udp头部。在网络层将源ip设为192,。168.2.1，目的ip设为192.168.1.2，协议号为17，在数据链路层将源mac设为12个3，目的mac设为12个1，类型字段为0x0800，封装FCS，然后经物理层将数据转为bit流传给路由器，路由器再查找路由表，并对数据进行重写，从f0/0传送出去，交换机解封装，查找mac表，再对数据进行封装，从f0/0传送给pc1.通信完成。

例子2：

1)HostA在网络层将来自上层的报文封装成IP数据包，其中源IP地址为自己，目标IP地址是HostB，HostA会用本机配置的24位子网掩码与目标地址进行“与”运算，得出目标地址与本机不是同一网段，因此发送HostB的数据包需要经过网关路由A的转发。

2)HostA通过ARP请求获取网关路由A的E0口的MAC地址，并在链路层将路由器E0接口的MAC地址封装成目标MAC地址，源MAC地址是自己。

3)路由器A从E0可接收到数据帧，把数据链路层的封装去掉，并检查路由表中是否有目标IP地址网段(即192.168.2.2的网段)相匹配的的项，根据路由表中记录到192.168.2.0网段的数据请发送给下一跳地址10.1.1.2，因此数据在路由器A的E1口重新封装，此时，源MAC地址是路由器A的E1接口的MAC地址，封装的目标MAC地址则是路由器2的E1接口的MAC地址。

4)路由B从E1口接收到数据帧，同样会把数据链路层的封装去掉，对目标IP地址进行检测，并与路由表进行匹配，此时发现目标地址的网段正好是自己E0口的直连网段，路由器B通过ARP广播，获知HostB的MAC地址，此时数据包在路由器B的E0接口再次封装，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目标MAC地址是HostB的MAC地址。封装完成后直接从路由器的E0接口发送给HostB。

5)此时HostB才会收到来自HostA发送的数据。

3、局域网内通信
ARP协议：ARP协议是工作在网络层的协议，它负责将IP地址解析为MAC地址。

1)如果主机A想发送数据给主机B，主机A首先会检查自己的ARP缓存表，查看是否有主机B的IP地址和MAC地址的对应关系，如果有，则会将主机B的MAC地址作为源MAC地址封装到数据帧中。如果没有，主机A则会发送一个ARP请求信息，请求的目标IP地址是主机B的IP地址，目标MAC地址是MAC地址的广播帧(即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，源IP地址和MAC地址是主机A的IP地址和MAC地址。

2)当交换机接受到此数据帧之后，发现此数据帧是广播帧，因此，会将此数据帧从非接收的所有接口发送出去。

3)当主机B接受到此数据帧后，会校对IP地址是否是自己的，并将主机A的IP地址和MAC地址的对应关系记录到自己的ARP缓存表中，同时会发送一个ARP应答，其中包括自己的MAC地址。

4)主机A在收到这个回应的数据帧之后，在自己的ARP缓存表中记录主机B的IP地址和MAC地址的对应关系。而此时交换机已经学习到了主机A和主机B的MAC地址了。

4、总结
1)每个主机内都有ARP表。

2)交换机主要是转发数据的，根据MAC表，转发给指定接口，MAC表没有的话从非接受接口发送出去(也就是广播)。

3)局域网内通信是通过交换机的（同功能的），假如主机ARP表中没有目标MAC地址，发送ARP请求信息到交换机，交换机有的话直接回，没有的话就广播等目标返回，更新ARP表。源主机得到目标MAC重新填充数据包发送给交换机转给目标主机。

4)局域网间的通信通过路由器，目标主机在另一网络，这里可以将路由器看出目标主机，源主机发送ARP请求到交换机->路由器，路由器返回更新交换机和源主机的MAC表和ARP表，源主机将数据发送到路由器，检查路由表是否有目标网段相匹配的项，重新封装包，源MAC为路由MAC，目标MAC为目标路由2MAC，当到达路由2，对目标IP地址进行检测，并与路由表进行匹配，此时发现目标地址的网段正好是自己E0口的直连网段，路由器B通过ARP广播，获知HostB的MAC地址，此时数据包在路由器B的E0接口再次封装，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目标MAC地址是HostB的MAC地址。封装完成后直接从路由器的E0接口发送给HostB。