源主机经过交换机或者路由到目的主机的过程详解
提前预知
我们可以将PC端视为一个路由
数据包在数据传输过程中改变的是源MAC、目的MAC而不是源IP和目的IP
ip的作用：
①ip结合路由表进行接口转发使用
②ip结合arp表查询目的MAC
MAC的作用：
用于交换机接口转发使用
1.初前认识
1.1交换机
交换机的工作原理：交换机是通过MAC地址通信的
依赖表：交换机有一张MAC表
表结构大致如下:
| MAC地址 | 接口 | vlan |
|---|---|---|
1.2路由器
路由的工作原理：路由是通过ARP表和路由表进行通信的
依赖表：ARP表和路由表
ARP表结构:
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
路由表结构：
| 目标IP网段 | 网络掩码 | 网关 | 接口 | 跃点数 |
|---|---|---|---|---|
路由表在树建立好后是自动生成，不可能为空
1.3主机
和路由基本差不多
这里还有一个比较容易混肴的地方，如果主机和主机之间的通信有路由器，
源主机的ARP记录的不是目的主机的IP和MAC，而是下一跳的IP（网关）和MAC（网关的MAC地址），具体会在下面介绍
1.4包结构
此处简构
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
2.交换机
源主机-交换机-目的主机
（假如PC1,PC2，PC3各有两个网卡，图中的ip都是网卡1的ip）
案例：
PC1 ping PC2
步骤：
①PC1首先判断PC2是否和自己处于同网段，PC1的IP和子网掩码进行与运算，PC2的IP和PC1的子网掩码进行与运算
②如果同网段对照自己的ARP缓存表，查找IP：192.168.1.2的MAC，否则查找网关的MAC，这里是同网段的，所以我们此处不介绍非同网段，如果ARP表有对应的IP则把对应MAC地址填充到数据包目的MAC；否则进行ARP广播(询问各个终端或者路由器谁的IP是192.168.1.2)
此处会有疑问广播包是从网卡1出还是网卡2出？
答：这里就要用到PC1路由表了，此时PC1会先根据目的Ip的网段找到路由表该条记录的接口号f0/1,然后把数据从f0/1口发出。
ARP广播包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 192.168.1.2 | 1111.1111.1111.1111 | ffff.ffff.ffff.ffff |
③交换机拿到后进行拆包先把源MAC和接口缓存到MAC表
| MAC地址 | 接口 | vlan |
|---|---|---|
| 1111.1111.1111.1111 | f0/1 | 1 |
接着发现目的mac是ffff.ffff.ffff.ffff明白这是一个广播包，因此除了发送接口其余的所有接口都转发一遍这个ARP包
④PC3：192.168.1.3拿到数据包拆包，先检查源IP：192.168.1.1，源MAC：1111.1111.1111.111的这个数据包自己是否已经学习保存到ARP表，接着查看目的IP不是自己就不作应答，
⑤PC2：192.168.1.2拿到后做PC3同样的操作，发现目的IP是自己，做应答
此时PC2，PC3的ARP表
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
应答包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.2 | 192.168.1.1 | 2222.2222.2222.2222 | 1111.1111.1111.1111 |
此时PC2不做ARP广播，因为数据包该有的信息都具备，然后通过路由表找到出口f0/1，发出数据包
⑥交换机拿到数据包先进行MAC学习，
| MAC地址 | 接口 | vlan |
|---|---|---|
| 1111.1111.1111.1111 | f0/1 | 1 |
变成
| MAC地址 | 接口 | vlan |
|---|---|---|
| 1111.1111.1111.1111 | f0/1 | 1 |
| 2222.2222.2222.2222 | f0/2 | 1 |
接着查看目的MAC是1111.1111.1111.1111,根据mac表找到接口是f0/1，因此把数据通过f0/1发出
⑦PC1拿到返回的数据包，先学习 将源IP和源MAC保存到ARP表
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.2 | 2222.2222.2222.2222 | 动态 |
拆包发现目的ip是自己并且是回复包，就不在等待，把MAC地址填充到数据包的目的MAC，ping包填充完毕，接着发送ping包通过路由表找到接口是f0/1，同该口发出
⑧ 交换机拿到ping包数据根据目的mac查找mac表，结果是f0/2，所以把ping通过f0/2发出
⑨ PC2拿到后拆包目的IP是自己并且是请求包需要应答，PC2再封装一个包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.2 | 192.168.1.1 | 2222.2222.2222.2222 | 1111.1111.1111.1111 |
⑩ 交换机拿到PC2的回复包，拆包目的MAC是1111.1111.1111.1111根据MAC表找到是f0/1，把回复包通过f0/1发出
⑪ PC1拿到回复包发现是给自己的，打印ping成功
3.路由器
源主机-路由器-目的主机
（假如PC1,PC2，PC3各有两个网卡，图中的ip都是网卡1的ip）
PC1的MAC:1111.1111.1111.1111
PC2的MAC:2222.2222.2222.2222
网关 192.168.1.9的MAC: 3333.3333.3333.3333
网关 192.168.2.9的MAC: 4444.4444.4444.4444
案例：
192.168.1.1 ping 192.168.2.1
步骤:
①PC1首先判断PC2是否和自己处于同网段，PC1的IP和子网掩码进行与运算，PC2的IP和PC1的子网掩码进行与运算
②如果非同网段对照自己的ARP缓存表，查找IP：192.168.1.9的MAC(网关的MAC)，这里是非同网段的，所以我们此处不介绍同网段，如果ARP表有对应的IP则把对应MAC地址填充到数据包目的MAC；否则进行ARP广播(询问各个终端或者路由器谁的IP是192.168.1.9)
ARP广播包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 192.168.1.9 | 1111.1111.1111.1111 | ffff.ffff.ffff.ffff |
③路由器收到ARP包，拆包进行ARP学习
ARP表会有该如下一条记录
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
发现目的IP是自己的做出应答
ARP应答包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.9 | 192.168.1.1 | 3333.3333.3333.3333 | 1111.1111.1111.1111 |
然后路由通过路由表返回给PC1
④PC1拿到应答包进行ARP学习
ARP表会有该如下一条记录
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.9 | 3333.3333.3333.3333 | 动态 |
将应答包源MAC封装到数据包，通过路由表结构找到对应发送接口发出去
⑤路由拿到ping包，先ARP学习
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
遍历路由表记录，每条记录的子网掩码和目的ip进行与运算判断是否与该记录的网段相同，如果相同就将包丢给该记录对应的接口，如果遍历完路由表没有找到则ping失败(路由则发一个数据包通过ICMP协议返回给PC1)
⑥ PC2拿到数据包拆包先ARP学习
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.2.9 | 4444.4444.4444.4444 | 动态 |
发现目的ip是自己则封装ping回复包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.2.1 | 192.168.1.1 | 2222.2222.2222.2222 | 4444.4444.4444.4444 |
⑦路由器拿到数据包，ARP学习
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 192.168.1.1 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
| 192.168.2.1 | 2222.2222.2222.2222 | 动态 |
遍历路由表找到对应的接口发出数据包，如果找不到路由则发一个数据包通过ICMP协议返回给PC2
⑧PC1拿到回复数据拆包发现是给自己的并且是ping回复包，打印ping成功
4.话外
案例一：
如果同一网段下的两台主机在路由的同一侧连接
PC1:
ip:10.100.1.2
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.0
mac:1111.1111.1111.1111
PC2:
ip:10.100.1.9
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.192
mac:2222.2222.2222.2222
大致图：
多台机器直连路由器LAN口（多LAN口路由器内嵌交换机）
等价于
路由器网卡连接交换机，
交换机多接口连接多台电脑
10.100.1.2 ping 10.100.1.9此时可以ping通
因为10.100.1.2和25.255.255.0与运算 10.100.1.0
10.100.1.9和10.100.1.2的子网掩码与运算也是10.100.1.0
此时10.100.1.2 主机得到是同网段结果先去查看ARP表如果找到10.100.1.29对应的物理地址装包丢给路由器，如果没找到则ARP广播
由于是同网段ARP包如下
ARP广播包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 10.100.1.9 | 1111.1111.1111.1111 | ffff.ffff.ffff.ffff |
路由1收到数据包拆包学习ARP
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
路由器发现目的地址不是自己则直接丢弃，PC2仍然可以通过交换机获得PC1的数据，PC2做出应答转发给交换机，交换机通过MAC地址学习记录再给PC1，PC1封装好ping包同样流程到PC2，PC2返回给PC1ping包回复，PC1打印ping通
案例二：
如果同一网段下的两台主机连接交换机
PC1:
ip:10.100.1.2
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.0
mac:1111.1111.1111.1111
PC2:
ip:10.100.1.9
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.192
mac:2222.2222.2222.2222
大致图：
10.100.1.2 ping 10.100.1.9此时可以ping通
因为10.100.1.2和25.255.255.0与运算 10.100.1.0
10.100.1.9和10.100.1.2的子网掩码与运算也是10.100.1.0
此时10.100.1.2 主机得到是同网段结果先去查看ARP表如果找到10.100.1.29对应的物理地址装包丢给交换机，如果没找到则ARP广播
由于是同网段ARP包如下
ARP广播包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 10.100.1.9 | 1111.1111.1111.1111 | ffff.ffff.ffff.ffff |
路由1收到数据包拆包学习ARP
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
交换机发现目的MAC是ffff.ffff.ffff.ffff广播给PC2，PC2做出应答转发给交换机，交换机通过MAC地址学习记录再给PC1，PC1封装好ping包同样流程到PC2，PC2返回给PC1ping包回复，PC1打印ping通
因此可以得出一个结论子网掩码写错，如果仍是一个网段使用交换机连接的可以相互ping通，使用路由器可以ping通。
案例三：
PC1:
ip:10.100.1.2
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.0
mac:1111.1111.1111.1111
PC2:
ip:10.100.1.9
gateway:10.100.1.1
mask:255.255.255.192
mac:2222.2222.2222.2222
10.100.1.2 ping 10.100.1.9此时不可以ping通
因为10.100.1.2和25.255.255.0与运算 10.100.1.0
10.100.1.9和10.100.1.2的子网掩码与运算也是10.100.1.0
此时10.100.1.2 主机得到是同网段结果先去查看ARP表如果找到10.100.1.29对应的物理地址装包丢给交换机，如果没找到则ARP广播
由于是同网段ARP包如下
ARP广播包
| 序号 | 源IP | 目的IP | 源MAC | 目的MAC |
|---|---|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 10.100.1.9 | 1111.1111.1111.1111 | ffff.ffff.ffff.ffff |
路由1收到数据包拆包学习ARP
| IP | MAC | 类型 |
|---|---|---|
| 10.100.1.2 | 1111.1111.1111.1111 | 动态 |
交换机发现目的MAC是ffff.ffff.ffff.ffff广播给路由器，路由器发现目的ip不是自己直接丢弃根本到达不了PC2，因此不通
学而不思则罔，思而不学则殆
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