%% # 纲要 > 主干纲要、Hint/线索/路标 # Q&A #### 已明确 #### 待明确 > 当下仍存有的疑惑 **❓<font color="#c0504d"> 有什么问题？</font>** # Buffer ## 闪念 > sudden idea ## 候选资料 > Read it later %% # 二层、三层通信 > [!NOTE] 二层、三层通信过程 > > 下图参见 [^1]（P132） > > ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-1E45E29429256F42F0C7C37C321173A2.png|666]] > > **==局域网==内通信**（**二层通信**）： > > - **同一 "链路层广播域" 下的设备之间基于 "==MAC 地址==" 以及 "==以太网、Wi-Fi 等链路层协议==" 进行寻址通信**。 > - 交换机是二层设备，根据 "MAC 地址" 在 "**==局域网内==（同一链路层广播域内）**" 进行转发。 > > **==不同网段间==通信**（**三层通信**）： > > - **不同网段间的设备**基于 "**==IP 地址==**" 以及 "**==IP 协议==**" 进行寻址通信。 > - 路由器是三层设备，根据 "IP 地址" 在 "**==不同网段间==**" 进行转发。 > > ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-A3A6BE6386D0D857B4CF1A351E795745.png|669]] > [!caution] 两个**不同网段的 IP 地址**之间无法 "直接" 通信，必须**经过网关（即路由器）转发数据包**。 > > 如果没有网关，则两个不同的网络之间**不能**进行通信，即使两个网络在链路层直连（例如连接在同一台交换机或集线器、或者网线直连），IP 协议也会 **根据子网掩码** 判定**两个网络中的主机处在不同的网络里**，从而无法互通。 > [!NOTE] 局域网的定义 > > **经==二层 or 一层设备==所相连的==各台主机接口或路由器接口==**，**配置 IP 地址&子网掩码为同一网段**， > 则物理上处在同一 "**链路层广播域**"，逻辑上构成了一个 "**局域网**"。 > > > > ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-BECFF5FD5561F3294BD35FDE54F6BD46.png|602]] > > 如果只是**数据链路层**直连，但 **IP 不在同一网段**，则设备**并不属于同一局域网**。 > <br><br><br> # 数据包中 IP 地址和 MAC 地址的变化 > [!summary] > > - **源、目的 IP 地址始终不变**（不考虑 NAT、VPN 等情况） > - **源、目的 MAC 地址在==同一子网内==（同一广播域）传输时不变，==跨网段==时发生改变**。 > 在**不考虑 NAT，VPN** 等特殊情况时，变化情况如下 [^2]： - （1）数据包传递过程中，**==源、目的 IP 地址始终不变==**； - 在**网络层**使用 **IP 地址** 进行寻址，故**源、目的 IP 地址作为唯一标识**显然不会发生变化。 - （2）数据包在 **同一网段内经 "交换机" 转发** 时，**源、目的 MAC 地址不变**。 - （3）数据报在 **==不同网段==间经过 "==路由器==" 转发**时，**源、目的 MAC 地址==改变==**。 - **源 MAC 地址**变更为 => **该路由器==出接口的 MAC 地址==**； - **目的 MAC 地址**变更为 => **==下一跳路由器==接口的 MAC 地址**。 > [!example] > > 参见说明[^3] > > ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-2C0B2649F9227B34D8BEF93E1F23830F.png|679]] > > <br><br><br> # 总结：两台主机之间的通信过程 源主机**查询自身路由表**，检查 **==目的 IP 地址==是否与自己在同一网段**，据此区分两种情况： - 1）两台主机位于同一网段上，则 - **源主机查询 ==ARP 缓存表==（或广播 APR 请求）获取==目的主机的 MAC 地址==**，**封装数据帧后直接向目的主机发送数据包**。 - 2）两台主机不在同一网段上，则： - **源主机查询 ==ARP 缓存表==（或广播 APR 请求）获取==网关的 MAC 地址==，将数据包发送给网关（路由器）做进一步转发**。 - **网关收到数据包后==查询自身路由表==，获取==下一跳路由器的 IP 地址==， <br>再查询 ==APR 缓存表==获取下一跳路由器接口的 ==MAC 地址==**， 而后重新封装数据包的 **"源 MAC 地址、目的 MAC 地址"**，从出接口**转发给下一个路由器**。 - 以此反复，直到**目的主机位于某一路由器直连网段时**，路由器重复 ARP 过程 **获取目的主机 MAC 地址**， 重新封装数据包后发送给**目的主机**。 > [!NOTE] 同网段的两台主机之间的通信 > ![[02-开发笔记/07-计算机网络/网络层/ICMP 协议#^2shgdo]] > [!NOTE] 不同网段间的两台主机之间的通信过程 > > > > 参见 [^4]： >  > <br> ## 详细过程 ##### （1）源主机检查自身路由表，确定目的 IP 地址是否与其位于同一网络下 | 情况 | 操作 | | ---- | ----------------------------------------------------------------------------------- | | 同一网段 | **数据包将会被==直接发送给目的主机==** | | 不同网段 | - **根据默认路由**，**数据包将被发送给==默认网关==**。<br>- 若**不存在默认路由**（未配置默认网关），则无法发送数据包，报错请求失败，不可达。 | ##### （2）源主机检查自身的 ARP 缓存表，获取下一个目的设备接口的 MAC 地址 | 情况 | 操作 | | ---- | -------------------------------------------------- | | 同一网段 | 源主机将从 ARP 缓存表中获取 ** "==目的 IP 地址==" 对应设备的 MAC 地址** | | 不同网段 | 源主机将从 ARP 缓存表中获取 **"==默认网关=="（即路由器接口）的 MAC 地址**。 | 若 APR 缓存表中没有所需的 MAC 地址，则源主机将会**发起 ARP 广播请求**。 若 **APR 请求无应答**，则源主机无法发送数据包，将报错请求失败、不可达。 ##### （3）源主机封装数据包 源主机封装完成将要发送的数据帧，包括**源 IP 地址、源 MAC 地址、目的 IP 地址、目的 MAC 地址**。 | 情况 | 目的 MAC 地址 | | ---- | ----------------------------- | | 同一网段 | **==目的 IP 地址==对应的接口的 MAC 地址** | | 不同网段 | **==默认网关==的接口的 MAC 地址** | ##### （4）源主机发送数据包 数据帧**经由源主机的网卡**发出，**发给本地链路上的默认网关的接口**，或者**目的 IP 地址对应的设备接口**。 ##### （5）(若源、目的 IP 不在同一网段) **默认网关收包、拆包、重新封装数据包并进行转发** 若源、目的 IP 不在同一网段，则**源主机将数据包发送给默认网关（路由器）**， 路由器将执行以下操作： 1. 收到数据包后将进一步**检查自身的==路由表==和 ==ARP 缓存表==，确定==下一跳地址==及对应的==转出端口==、==下一跳设备接口的 MAC 地址**==； 2. **重新封装数据包**： - 将**源 MAC 地址**修改为**路由器==出接口==的 MAC 地址** - 将**目的 MAC 地址** 修改为 **==下一跳设备接口==的 MAC 地址** - **将 IP 头部的 TTL 减一** 3. **从出接口转发出数据包**。 ##### （6）目的主机接收数据包 当数据帧到达目的主机的**网络接口**（网卡）后： - 在**数据链路层**，网卡**会检查帧中的==目的 MAC 地址==**，若与其网卡自身的 MAC 地址匹配，则**解封装数据帧**，去掉帧头、MAC 头部、帧尾，**向上交付给网络层**。 - 在**网络层**，主机里的协议栈会**检查 IP 数据报中的==目的 IP 地址==**，若与其自身 IP 地址匹配，则接受 IP 数据报。 - 在涉及分组时，则需要**对多个 IP 数据报进行重组**，得到完整的数据。 - 最后，去掉 IP 头部，交付给传输层。 - 在**传输层**，协议栈**检查数据的正确性和完整性**，对于多个 TCP 报文段则需要**按序列号重组**。 - 得到完整数据后，**检查端口号**，将数据**交付给对应的应用程序处理**。 ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-85DC8099FD4FF9B3BF1E3C720DC9B73A.png|560]] <br><br> # FAQ #### ❓<font color="#c00000">两台电脑经过网线直连，但二者配置的 IP 地址不在同一网段，能否 ping 通？</font> > [!NOTE] **两台电脑网线直连后，必须配置二者 IP 地址属于同一网段，才能互相 ping 通**。 答：**==均不能 ping 通==**。 参见下方说明： ![[05-工具/网络相关工具/思科 Cisco Packet Tracer/Cisco Packet Tracer 工具#组网模拟示例#场景二：两台主机 IP 地址不在同一网络|Cisco Packet Tracer 工具]] #### ❓ <font color="#c00000">多台主机经交换机相连，但不在同一网段，能否互相通信？</font> 场景如下图所示：  答：仅属于同一网段的 **PC1 与 PC4**、**PC2 与 PC3** 能够**两两互相 ping 通**。 原因：PC1 的路由表中仅有**指向其 "自身所在网络 `192.168.1.0/25`" 的路由**，**==不存在指向另一网段 `192.168.1.128/25` 的路由==**，<br>故 **PC1 无法 ping 通 PC3 和 PC4**，其余同理。 > [!caution] 尽管四台主机**在 "数据链路层" 上属于==同一个广播域==**，但是在 "**网络层**" 上**分属两个不同的网段**。 > > 在 **PC1 路由表**中不存在匹配项的情况下，**根本不会发送数据包**，**故==不会触发 APR 请求==**， > 所以尽管理论上四台主机 "**在数据链路层**" 属于同一个广播域，但**实际场景下并不存在 "仅链路层互通" 的情况**， > <br><br><br> # 常见场景下的通信示例 几种常见场景，参见 [[05-工具/网络相关工具/思科 Cisco Packet Tracer/Cisco Packet Tracer 工具#组网模拟示例|Cisco Packet Tracer 工具-组网模拟示例]] ⭐⭐⭐ ### 同一网段内的两台主机间通信示例（不同拓扑结构） 同一网段内的两台主机 A 与 B 进行通信，根据 A 和 B 的连接方式可能是如下几种[^5]： ##### （1）A 与 B 通过网线或交换机直连。 ![[_attachment/02-开发笔记/07-计算机网络/总结/网络上两台主机之间的通信过程.assets/IMG-网络上两台主机之间的通信过程-A775098E86CD64CF693CCA953179D406.png|338]] 两台电脑用 "**交叉线**" 直连，配置 IP 地址为同一网段，则可以互相 ping 通。 也可**在二者中间加入一台交换机或集线器**，效果相同。 >  ##### （2）A 与 B 通过交换机相连，交换机同时连接路由器一端。 （**家用路由器类似于该形式**）  A 和 B 通过交换机直连，**A 发送的消息经过交换机只会传递给 B**，不经过路由器，交换机不会向路由器所接的端口发送。 ##### （3）A 与 B 通过集线器相连，集线器同时连接路由器一端。  A 与 B 之间的所有通信，包括 ARP、A 与 B 之间的数据帧都被 HUB 以广播方式，发送给广播域里的每一端。 因此**路由器会收到 A 与 B 之间的通信数据包，但由于==数据包目的 MAC 地址非路由器==，会被路由器丢弃。** <br><br> # ♾️参考资料 # Footnotes [^1]: 《计算机网络（第八版）》——谢希仁 [^2]: [关于MAC地址和IP地址在传输过程中变与不变的问题——计网络——网络层学习常遇问题](https://blog.csdn.net/qq_45947664/article/details/121111511) [^3]: [数据帧转发过程中IP地址及MAC地址的变化](https://zhuanlan.zhihu.com/p/515239767) [^4]: [📔【计算机网络】两台主机的通信过程](https://imageslr.com/2021/computer-communicate.html#%E4%B8%A4%E5%8F%B0%E4%B8%BB%E6%9C%BA%E7%9A%84%E9%80%9A%E4%BF%A1%E8%BF%87%E7%A8%8B) [^5]: [同一网段内的两台主机通信是否需要路由器？](https://www.zhihu.com/question/41496681)