Linux运维基础入门（三）：网络基础知识梳理03

一，ARP协议

使用ARP协议可以查出擅自更改IP地址主机的MAC地址。在学习ARP协议前需要了解广播和广播域的相关概念。

1.1 广播与广播域

在超市找人时，如果不知道对方的位置就需要到服务台通过广播进行找人，当知道对方的位置时就可以直接到对方所在位置。在网络中也存在这种情况。如果不知道对方的地址就需要进行广播。即发送广播帧；而知道对方的地址就发送单播到对方处。所以，广播通信是“一对所有”的通信形式。而单播通信是“一对一”的通信形式。所有听到找人广播的范围就是广播域。广播和广播域的具体定义如下：

• 广播：将广播地址作为目的地址的数据帧
• 广播域：网络中能接收到同一个广播的所有节点的集合

1.1.1 MAC地址广播

MAC地址的广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF
MAC地址的广播域是所有相连接的交换机或集线器的集合。如果一台主机发送一个MAC地址广播。则这个广播将转发到所有相连的交换机或集线器的所有端口。收到广播帧的主机会比较数据帧包中的目的IP地址是否为自身IP地址。如果是，则继续处理数据包中的承载数据；如果不是，则丢弃数据。
交换机转发MAC地址广播，而路由器会阻挡MAC地址广播。

1.1.2 IP广播

iP网段的最后一个地址为广播地址，即主机部分全部为1.在数据帧中，目的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，目的IP地址是IP网段的广播地址。

1.2 解析MAC地址的过程

（1）查找ARP缓存表

（2）发送ARP广播

（3）ARP应答

（4）添加ARP缓存记录

二， 路由原理

路由器工作在OSI参考模型的网络层，它的重要作用是为数据包选择最佳路径，最终送达目的地。那么路由器是怎样选择路径的呢？

• 在只有一个网段的网络中，数据包可以很容易地从源主机到达目的主机。但是如果一台计算机要和非本网段的计算机进行通信，数据包可能就要经过很多路由器。主机A和主机B所在的网段被许多路由器隔开，这时主机A和主机B的通信就要经过这些中间路由器，这就要面临一个很重要的问题--如何选择到达目的地的路径。

• 数据包从A到达B有很多条路径可供选择，但是很显然，这些路径中在某一时刻总会有一条路径是最好（最快）的。因此，为了尽可能地提高网络访问速度，就需要有一种方法来判断从源主机到达目标主机所经过的最佳路径，从而进行数据转发，这就是路由技术。

2.1 路由器的工作原理

1. 对于普通用户来说，通过在PC上设置默认网关就可以使局域网的计算机与Internet进行通信。其实在PC上所设置的默认网关就是路由器以太口的IP地址。
2. 如果局域网的计算机要和外面的计算机进行通信，只要把请求提交给路由器的以太口即可，接下来的工作就由路由器来完成。
3. 因此可以说路由器就是互联网的中转站，网络中的数据包就是通过一个一个的路由器转发到目的网络的。
4. 那么路由器是如何进行数据包的转发的呢？就像一个人如果要去某个地方，他的脑海里一定要有一张地图一样，在每个路由器的内部也有一张地图，这张地图就是路由表。
5. 在这个路由表中，包含该路由器掌握的所有目的网络地址，以及通过此路由器到达这些网络的最佳路径
6. 正是由于路由表的存在，路由器才可以高效地进行数据包的转发。

2.2 静态路由

2.3 默认路由

2.4 路由器转发数据包的封装过程

三，学云计算必会的网络数据传输原理

3.1 同网段下（同广播域），两台主机通信过程

我们知道两主机要通信传送数据时，就要把应用数据封装成IP包（因为我们的网络大多都是TCP/IP的以太网），然后再交给下一层数据链路层继续·封装成帧；之后根据MAC地址才能把数据从一台主机，准确无误的传送到另一台主机。

当NO要和N1通信时，

1）假如NO知道N1的IP但却不知道它的MAC地址，那NO就会发送一个ARP的广播请求（里面源IP是NO目标IP是N1源MAC是N0目标MAC是12个F）给同一广播域中的所有成员。

2）当交换机SW0从自己的1接口上收到这个广播包，然后它会读取这个帧的源MAC地址和目标MAC地址，由于交换机SW0刚启动加电时，它的MAC表为空的。所以它会把NO的MAC地址与之相对应的接口1放到一张表里，这张表就是MAC地址表。

3）然后SW0再从别的接口广播这个数据帧，当别的主机收到这个广播时，查看目标IP不是自己的，就会丢弃此包。如果N1接收到这个数据帧，它检查目标IP和这个的IP是一样的，就会回应这个ARP请求，把自己的IP和MAC封装成源IP和源MAC，N0的IP和N0的MAC地址为目标IP与目标MAC，并记录N0的MAC与IP，放进自己的ARP缓存表中。

4）此时，这个应答包经过交换机SWO时，它又会检查源MAC，目标MAC，把N1的MAC和自己接口2放进MAC地址表中，再查看自己的MAC地址表，发现存在目标MAC与自己的1接口对应（由于刚开始有记录过N0的MAC），那它就会直接把这个应答包从接口1送出去了。

5）主机N0收到这个包后发现目标MAC是自己，就会处理这个包。并把N1的MAC与IP放进自己的ARP缓存表中。这时主机N0就知道N1的MAC地址了，
6）后续的发送数据任务，就会直接把N1的IP与MAC封装进帧中进行点对点的发送了。

3.2 跨路由（不同网段）数据传输过程

当N0要和N2通信时

1）N0会先检查N2的IP地址和自己是否处于同一网段，由于N2和自己处在不同网段，因此，N0会把数据包给它的网管，也就是R0上的F0/0接口了。

2）当这个数据包到达R0时，路由器R0会查看目标IP是否是自己的，由于目标不是自己，所以会查看自己的路由表，找出到达N2网段的路由；（如果找不到就会丢弃数据包）

3）当R0查看路由表发现到达N2网段的出接口是F0/1.于是，把数据包转到F0/1接口上，再由接口F0/1传给R1.这个过程，数据包的源IP是N0源MAC是F0/1目标IP是N2目标MAC是R1的F0/1接口IP

4）当R1收到这个数据包后，同样也要检查包的目标IP是否自己，它会主动查找自己的路由表，发现目标IP跟自己F0/0接口处在同一网段，于是就把包传到F0／0接口上去发给N2。）