【网络基础】数据包生命
前言
本笔记通过记录 数据包 在网络中的生命履历来引出一些网络基础知识，如：
MAC、ARP、IP、子网掩码、网关、集线器、交换机、路由器这些概念都是在链路层和网络层。
（这些都不做严谨的说明，只是为了更好的了解而表达的个人描述）
参考：
- 写得通俗易懂：如果让你来设计网络
数据包简要生命周期
浏览本小节的时候遇到疑问点可以可以跳到理解区 check 一下有没有答案。
数据包：
- 简单路径：源主机 -> 目标主机。
- 可能路径：源主机 -> 交换机A -> 路由器A -> 路由器B -> 交换机B -> 目标主机。
参考图：
源主机视角：
- 需要知道 本地IP 和 目标IP。
- 通过子网掩码判断是否在同一个子网中。
- 同一子网，则直接获取目标主机的MAC地址，发送出去。
- 不同子网，获取默认网关的 MAC，把数据包发给默认网关设备。
交换机视角：
- 收到的数据包必须有目标 MAC 地址。
- 通过 MAC 地址表查映射关系。
- 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去。
- 查不到就所有端口都发出去。
路由器视角：
- 收到的数据包必须有目标 IP 地址。
- 通过路由表查映射关系。
- 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去（不在任何一个子网范围，走其路由器的默认网关也是查到了）。
- 查不到则返回一个路由不可达的数据包。
三张表：
- arp 缓存表 是不断通过 arp 协议的请求逐步完善起来的。
- 交换机中的 MAC 地址表，用于映射 MAC 地址和它的端口。
- 路由器中的 路由表 用于映射 IP 地址(段)和它的端口。
理解区
数据包
得先了解 TCP/IP 网络七层级及各级的作用和数据封装。
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层（本节需要了解）
- 数据链路层（本节需要了解）
- 物理层
应用层的数据一层一层通过包装下来，通过物理层的物理设备发出去，到最终目的主机后，又像扒洋葱一样，一层一层扒开，最终到达应用层后的数据和源主机应用层的数据一样。如图：
名词说明：
- IP：主机地址。属于网络层地址。
- 一般用于源主机和最终目标主机中。
- MAC：设备地址。属于数据链路层地址。
- 一般用于当前设备和下一设备中（不一定是最终设备）。
- 子网掩码：用于判断 IP 处于哪个网段。
- 一般用于比较两个 IP 是否处于同一个子网中。
- 默认网关：
- 若发送的数据不在本子网，就丢给默认网关处理。
- 一般用于与外网通信。
- 默认网关IP一般都设为路由器IP，因为一般都是通过路由器与外网通信。
- ARP：
- 是一种地址解析协议。根据IP地址来获取MAC地址的。
- 源主机携带IP数据广播给通过支持ARP设备连接起来的多主机，若目标IP对于，则该主机返回携带MAC数据给源主机。
- 集线器：
- 字面理解即可，如何一台主机数据发到集线器，都广播到所有出口。
- 作用在物理层（第一层），不对MAC操作。
- 交换机：
- 比集线器高级，不再是广播到所有出口，而是只转发到目标MAC的出口。
- 作用在数据链路层（第二层），参考MAC，只转发到目标MAC的出口。
- 工作在局域网内。
- 路由器：
- 比交换机高级。
- 具有路由功能。
- 作用在网络层（第三层），参考IP。
- 连接局域网和外网。
MAC
MAC：设备地址。属于数据链路层地址。
一般用于当前设备和下一设备中（不一定是最终设备）。
IP
IP：主机地址。属于网络层地址。
- 一般用于源主机和最终目标主机中。
- IP 可参考 李柱明博客-网络编程
子网
子网掩码 & 判断是否在同一子网：
IP 与 子网掩码 做 按位与 ，就可以得出该 IP 的子网网段。
如：
- 子网掩码：255.255.255.0
- IP-1: 192.168.1.2 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
- IP-2: 192.168.1.123 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
- IP-3: 192.168.2.123 & 255.255.255.0 = 192.168.2.0
- 因为 192.168.1.0 = 192.168.1.0，所以IP-1与IP-2处于同一子网。
- 因为 192.168.1.0 != 192.168.2.0，所以IP-1与IP-3不在同一子网。
在发数据包时，子网的作用：
- 若源IP和目标IP在同一子网：直接获取目标IP主机的MAC，然后把数据包丢出去。
- 若源IP和目标IP不在同一子网：获取默认网关的 MAC ，然后把数据包丢给默认网关那边。
ARP
ARP：
- 是一种地址解析协议。根据IP地址来获取MAC地址的。
- 源主机携带IP数据广播给通过支持ARP设备连接起来的多主机，若目标IP对于，则该主机返回携带MAC数据给源主机。如图：
- 一般linux系统会检查这个包是否和本网卡在同一个网段中，如果在就可以ARP，如果不是，则默认发到网关。
集线器
字面理解即可，如何一台主机数据发到集线器，都广播到所有出口。
作用在物理层（第一层），不对MAC操作。
如图：
交换机
比集线器高级，不再是广播到所有出口，而是只转发到目标MAC的出口。
作用在数据链路层（第二层），参考MAC，只转发到目标MAC的出口。
工作在局域网内。
交换机连接：
左边交换机的地址表：
| MAC 地址 | 端口 |
|---|---|
| bb-bb-bb-bb-bb-bb | 1 |
| cc-cc-cc-cc-cc-cc | 3 |
| aa-aa-aa-aa-aa-aa | 4 |
| dd-dd-dd-dd-dd-dd | 5 |
| ee-ee-ee-ee-ee-ee | 6 |
| ff-ff-ff-ff-ff-ff | 6 |
| gg-gg-gg-gg-gg-gg | 6 |
| hh-hh-hh-hh-hh-hh | 6 |
路由器
作用在网络层（第三层），参考IP。
路由器的每一个端口，都有独立的 MAC 地址。
连接局域网和外网。
转发时，根据路由表转发，实际出口是根据MAC来发送到下一个设备。下一个设备判断数据包目标IP是否是本设备，若不是，就又找出下一个MAC地址把数据包丢出去。
