網絡基礎之主機通信

最近有幸做了幾場面試官，基本都會問一下候選人關于主機通信的知識，但基本都答的不好，現在寫寫我自己的了解。

基礎

IP位址：32bit，類似于

1.2.3.4

mac位址（網卡位址）：48bit，類似于

ff:ff:ff:ff:ff:ff

區域網路通信

以太網是一種區域網路通信協定，主要特點是帶沖突檢測的載波偵聽多路通路(CSMA/CD)，即有所謂的退避算法。同時，它是以mac位址用于通信的基礎。

以主機A(192.168.0.100)向主機B(192.168.0.101)發送資料為例：

1. 主機A會查詢本地mac位址-ip位址的緩存表中是否有

   192.168.0.101

   的記錄
2. 若沒有，則主機A會向本區域網路發送廣播，IP位址為

   192.168.0.101

   ，mac位址為

   ff:ff:ff:ff:ff:ff

   ，即向區域網路内詢問

   192.168.0.101

   的mac位址是多少？
3. 區域網路内的主機并不響應這個廣播包，隻有主機B收到廣播包後，回複一個單點傳播包

   192.168.0.101

   的mac位址為

   01:02:03:04:05:06

4. 主機A收到回複包後，更新自己的本地mac位址-ip位址的緩存表，并開始向mac位址為

   01:02:03:04:05:06

   開始發送資料

以上這個簡單的例子就是ARP協定

網絡通信

講到網絡通信，就必須講到路由的封包轉發了。區域網路内的流量隻是網絡的最後一公裡的問題，而更廣大的是廣域網通信。每個區域網路通過路由器連接配接成一個網，通過路由轉發實作區域網路A與區域網路B的通信

封包轉發

路由器将從接口A中接收的封包從接口B中轉發出去，這裡的關鍵操作是如何将協定組織好。

1. 将資料鍊路層的幀頭和幀尾移除，解析出IP封包。
2. 檢查IP封包的目的IP位址，在路由表中查找最佳路由。
3. 如果路由器找到比對下一跳，則将IP封包封裝到新的資料鍊路幀中，并将幀轉發到輸出接口B中，否則路由器會将封包發給自己的預設路由

以主機A(192.168.0.10)向主機B(192.168.4.30)發送資料為例:

1. 主機A首先判斷目的位址

   192.168.4.30

   是否在自己的區域網路内（子網路遮罩後判斷網絡位址是否一緻），若一緻，則與區域網路通信一緻
2. 若不一緻，則将封包轉發至自己的預設路由

   192.168.0.1

   ，如何轉發至

   192.168.0.1

   與區域網路通信一緻
3. 路由器R1收到封包後，拆開資料幀後得到目的IP為

   192.168.4.30

   ，檢視自己的路由表，發現其需要從另外一個出口中轉發，目的位址為

   192.168.2.10

   ，是以構造

   srcIP=192.168.0.10, srcMac=aa:02,dstIP=192.168.4.30,dstMac=bb:01,

   的資料幀轉發至路由器R2
4. 路由器R2收到封包後，檢視路由表，發現需要從

   192.168.4.1

   的出口轉發，而

   192.168.4.1

   與

   192.168.4.30

   位與同一個區域網路中，是以，直接區域網路通信轉發封包給主機B
5. 主機B收到封包後，發現目的mac位址與自己一緻，并解開目的IP位址也與自己一緻，則将ip封包交由上層處理

總結

上述隻是簡單将主機通信的過程描述了一遍，其中的一些細節（IP位址，網絡位址，子網路遮罩，路由表構成）并沒有深究，大家感興趣可以自行研究。