網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程解析

比如有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：
          
              路由器A ======================= 路由器B
                |           INTERNET             |       
                |                                |
             交換機(jī)A                          交換機(jī)B
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          PC-A    PC-B                       PC-C   PC-D

      1、PC-A、PC-B、PC-C、PC-D都有一個(gè)MAC地址，路由器是不是也有一個(gè)MAC地址？
      2、假設(shè)我們使用兩層交換機(jī)，交換機(jī)就可以不要MAC地址？使用三層交換機(jī)的話交換機(jī)就有一個(gè)MAC地址嗎？
      3、假設(shè)我現(xiàn)在有一個(gè)數(shù)據(jù)包從PC-A發(fā)送到PC-C，請(qǐng)講解一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的具體過(guò)程？
      4、在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，PC-A、PC-C的MAC地址設(shè)置為相同的網(wǎng)絡(luò)也能正常通信嗎？
      5、網(wǎng)關(guān)的設(shè)置是怎么回事呢?

1.某些帶有以太或快速以太接口的路由器在這兩種接口里會(huì)帶有MAC地址，也就是說(shuō)在路由器局域網(wǎng)接口才會(huì)有MAC地址，
而MAC的實(shí)質(zhì)是一種數(shù)據(jù)封裝的類型；路由器有些也有廣域網(wǎng)接口，廣域網(wǎng)接口就沒有這樣的局域網(wǎng)地址，但也有類似數(shù)據(jù)封裝結(jié)構(gòu)，
比如ppp，hdlc等。

2.不管是二層還是三層交換機(jī)，在每個(gè)交換機(jī)的交換接口都有一個(gè)MAC地址，但此MAC地址不會(huì)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)起作用，
我們通常所說(shuō)的交換機(jī)通過(guò)MAC地址來(lái)完成數(shù)據(jù)交換是說(shuō)交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)到下連的client的地址來(lái)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。
二層交換機(jī)是說(shuō)此交換機(jī)只處理數(shù)據(jù)包中的第二層封裝信息；而三層交換機(jī)是說(shuō)此交換機(jī)集成了路由器與二層交換機(jī)的功能，
可處理數(shù)據(jù)包中二層及三層信息。

3.數(shù)據(jù)包的發(fā)包路由過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，要首先了解數(shù)據(jù)包的封裝結(jié)構(gòu)。pc－a要發(fā)包給pc－c，如果pc－a沒有知道pc－c的ip地址，
則pc－a首先要發(fā)出一個(gè)dns的請(qǐng)求，路由器a或dns解析服務(wù)器會(huì)給pc－a回應(yīng)pc－c的ip地址。這樣pc－a關(guān)于數(shù)據(jù)包第三層的ip地址信息就全
了：源ip地址：pc－a，目的ip地址：pc－c。下一步，pc－a要具體了解有關(guān)如何到達(dá)pc－c，則還要了解到達(dá)pc－c要經(jīng)過(guò)的下一跳信息，
pc－a會(huì)發(fā)出一個(gè)arp的地址解析請(qǐng)求，路由器a會(huì)對(duì)pc－a的arp地址請(qǐng)求作出回應(yīng)：要去往pc－c可以發(fā)包到自己這兒處理，
然后回應(yīng)路由器a的以太口MAC地址給pc－a，這樣pc－a關(guān)于去往pc－c的數(shù)據(jù)包的第二層信息也全了：源mac地址：pc－a的mac地址，
目的mac地址：路由器的以太口mac地址。這樣二三層信息收集完全，可以發(fā)包出去了。數(shù)據(jù)到達(dá)了交換機(jī)a，交換機(jī)a查看數(shù)據(jù)包的第二層
目的mac地址，是去往路由器a的，就把數(shù)據(jù)幀發(fā)到路由器a，路由器a收到此數(shù)據(jù)包，首先查看此數(shù)據(jù)包的第三層ip目的地址，如果在自己
路由表中有去往pc－c的路由，說(shuō)明這是一個(gè)可路由的數(shù)據(jù)包，然后路由器要進(jìn)行一個(gè)所謂的線內(nèi)重寫的過(guò)程：首先更換此數(shù)據(jù)包的第二層
包頭信息，因?yàn)槁酚善?/span>a去往pc－c要經(jīng)過(guò)一個(gè)廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)封裝協(xié)議有很多，比如hdlc、ppp、slip、frame－relay等，各種不同的封裝
協(xié)議都有其自身的結(jié)構(gòu)，是全然與局域網(wǎng)的mac封裝不同，但起到的作用類似：就是發(fā)往目的地的具體下一跳信息。同時(shí)做完第二層和第三
層的數(shù)據(jù)包重校驗(yàn)，線內(nèi)重寫另一個(gè)主要工作是在第三層中的ttl值減一。這樣把數(shù)據(jù)包從internet中發(fā)出去，到達(dá)對(duì)端有相反的處理過(guò)程。

4.pc-a 與pc-c的mac設(shè)為相同不會(huì)影響正常通信，因?yàn)檫@兩個(gè)主機(jī)所處的lan被廣域網(wǎng)分割開來(lái)，通過(guò)上面發(fā)包的過(guò)程可了解不會(huì)有任何問(wèn)題。

5.所謂網(wǎng)關(guān)，是說(shuō)這樣一種設(shè)備：如果主機(jī)要發(fā)包，就往這個(gè)設(shè)備發(fā)送。也就是說(shuō)此設(shè)備要有路由功能或有去往外部網(wǎng)路的路徑。
在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)里，網(wǎng)關(guān)一般由路由器或server充當(dāng)。

網(wǎng)絡(luò)各層次物理設(shè)備區(qū)別（總結(jié)）

2008年12月11日 星期四 11:09 A.M.

一層設(shè)備：中繼器（repeater）,集線器（hub）

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是按照層次劃分滴，每一層滴設(shè)備都會(huì)具有所在層滴功能和特點(diǎn)。所以，把設(shè)備分層記憶會(huì)很簡(jiǎn)單。下次別人再說(shuō)哪個(gè)設(shè)備是第幾層滴，你就能很快滴知道這個(gè)設(shè)備大概滴功能是什么了.但是，功能并不局限于這個(gè)設(shè)備所在層。比如，路由器上有ping，ping是一個(gè)應(yīng)用層程序。那么就能說(shuō)路由器是一個(gè)七層設(shè)備嗎？并不是這樣滴。這些只是輔助功能，主要功能還是集中在三層。一層設(shè)備，主要功能就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和整形。我們可以認(rèn)為這樣滴設(shè)備就是一條線纜一樣。那么只不過(guò)這條線纜具有信號(hào)滴放大和整形滴作用。

所有的設(shè)備共享同一根總線，也就是說(shuō)，所有的數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)到這個(gè)總線上。假設(shè)左上的機(jī)器要發(fā)給下面這臺(tái)機(jī)器一個(gè)數(shù)據(jù)。那么數(shù)據(jù)到了總線上會(huì)向兩端傳輸，這樣，所有串在總線上的設(shè)備都會(huì)收到這個(gè)數(shù)據(jù)。不過(guò)，只有下面滴機(jī)器會(huì)處理和相應(yīng)這個(gè)數(shù)據(jù)。這就是說(shuō)總線型網(wǎng)絡(luò)上，只要有一個(gè)設(shè)備占用了總線，其余滴數(shù)據(jù)就沒有辦法傳輸了。那要是其他設(shè)備傳輸了數(shù)據(jù)會(huì)怎么樣呢？這個(gè)時(shí)候就會(huì)和總線上正在傳輸?shù)螖?shù)據(jù)沖突了，兩個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞之后就會(huì)損壞了。

所有連在同一個(gè)總線上滴設(shè)備，組成滴區(qū)域叫做沖突域。所以，需要一種機(jī)制來(lái)避免這樣的沖突，來(lái)提高數(shù)據(jù)滴正確率。網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)螖?shù)據(jù)會(huì)包含目的IP地址和目的MAC地址。右上滴機(jī)器看到這些內(nèi)容和自己滴IP以及MAC不同，便不會(huì)處理這些數(shù)據(jù)。在總線型網(wǎng)絡(luò)中，避免沖突滴方式是一種叫做CSMA/CD滴東東。

補(bǔ)充一下：他們兩個(gè)都同時(shí)發(fā)出了數(shù)據(jù)。還是會(huì)發(fā)生沖突。沖突了咋辦？這個(gè)就是CD=沖突檢測(cè) 所有連在集線器上滴設(shè)備都有可能發(fā)生沖突。而且這些設(shè)備只能以半雙工滴方式工作。之所以不能以全雙工模式工作，是因?yàn)榭偩€型網(wǎng)絡(luò)上滴機(jī)器木有辦法雙向傳輸。

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD)

以太網(wǎng)使用一種叫做帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)(CSMA/CD)技術(shù)進(jìn)行通信.這是一種比較友好的會(huì)話方式.比如你有話要說(shuō),但是你很禮貌的先聽聽看有沒有別的人在說(shuō)話(carrier sense),如果有人在說(shuō)話,你就等他把話說(shuō)完,你才開始說(shuō);如果沒人說(shuō)話,你就開始說(shuō).但是假如有2 個(gè)人同時(shí)說(shuō)話怎么辦?假如有2 個(gè)人同時(shí)說(shuō)話了,雙方一旦聽到同時(shí)有除自己以外的人在說(shuō)話的話(collision detection),就停止繼續(xù)說(shuō)話,2 個(gè)人都隨機(jī)等待一段時(shí)間,然后其中1 個(gè)人再開始繼續(xù)說(shuō)話,另外那個(gè)人等他說(shuō)完再接著說(shuō)。是不是這樣就不會(huì)發(fā)生沖突了呢？也不是。因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)PC，同時(shí)偵聽網(wǎng)絡(luò)，都沒有數(shù)據(jù)傳輸，他們兩個(gè)都同時(shí)發(fā)出了數(shù)據(jù)。還是會(huì)發(fā)生沖突。沖突了咋辦？這個(gè)時(shí)候兩個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)回退，等待一個(gè)隨機(jī)滴時(shí)間再次偵聽網(wǎng)絡(luò)。注意，不是一個(gè)一定滴時(shí)間。因?yàn)槿绻且欢ǖ螘r(shí)間，兩個(gè)還會(huì)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，還是會(huì)發(fā)生沖突。所以是等待一個(gè)隨機(jī)滴時(shí)間。

二層設(shè)備：網(wǎng)橋（Bridge），交換機(jī)（switch）

先說(shuō)說(shuō)這兩個(gè)設(shè)備滴主要區(qū)別。主要有三點(diǎn)區(qū)別：1.網(wǎng)橋是靠軟件實(shí)現(xiàn)滴，交換機(jī)靠ASIC硬件實(shí)現(xiàn)。所以交換機(jī)滴轉(zhuǎn)發(fā)效率要比網(wǎng)橋快很多。2.網(wǎng)橋最多支持16個(gè)端口，交換機(jī)理論上可以無(wú)限支持。3.網(wǎng)橋分成很多種類，而交換機(jī)只是實(shí)現(xiàn)其中滴一個(gè)功能，就是透明網(wǎng)橋。 二層設(shè)備對(duì)于一層設(shè)備來(lái)說(shuō)，提升滴功能就是可以認(rèn)識(shí)二層地址了（二層地址有很多種，現(xiàn)階段理解為MAC地址就行了）。認(rèn)識(shí)二層地址滴好處就是不會(huì)像集線器那樣，從一個(gè)端口收到數(shù)據(jù)，會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到所有端口。二層設(shè)備是可以學(xué)習(xí)端口上連接滴設(shè)備滴MAC地址。所以，數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)二層設(shè)備上學(xué)習(xí)到滴MAC地址信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

正是因?yàn)橛辛?span lang="EN-US">MAC地址表，所以才充分避免了沖突，因?yàn)榻粨Q機(jī)通過(guò)目的MAC地址知道應(yīng)該把這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口。而不會(huì)像HUB一樣，會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到所有滴端口。所以，交換機(jī)是可以劃分沖突域滴。因?yàn)闆_突會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸效率降低。所以劃分多個(gè)沖突域，減小沖突域范圍是很有必要滴。
交換機(jī)每一個(gè)端口就是一個(gè)沖突域。是說(shuō)接在交換機(jī)端口上滴設(shè)備有可能會(huì)在這個(gè)范圍內(nèi)沖突。但是絕對(duì)不會(huì)和交換機(jī)上其他端口滴設(shè)備發(fā)生沖突。

三層設(shè)備：三層交換機(jī)，路由器（Router ）

還是先說(shuō)這兩個(gè)滴區(qū)別：1.三層交換機(jī)端口多于路由器。但是三層交換機(jī)只有快速以太口和吉比特以太口，不如路由器接口種類豐富。2.三層交換機(jī)滴路由功能是通過(guò)在二層交換機(jī)上增加一個(gè)路由模塊來(lái)完成。只是一塊ASIC卡。所以三層處理能力不如路由器（不是轉(zhuǎn)發(fā)能力）。

在三層設(shè)備上，比二層設(shè)備更突出的一個(gè)功能就是能夠隔離廣播域。在一層和二層設(shè)備上，廣播是會(huì)被發(fā)到所有滴端口，除了發(fā)出廣播滴端口。這個(gè)功能是通過(guò)一個(gè)叫做路由表滴東東實(shí)現(xiàn)滴。這個(gè)類似于交換機(jī)里面滴MAC地址表。但是這里面放滴是IP地址信息。 路由器不像交換機(jī)，交換機(jī)不配置滴話也是可以正常使用滴。路由器是必須要配置滴，至少要給每一個(gè)接口上配置一個(gè)IP地址，路由器才能夠正常滴工作。記住一點(diǎn)，路由器上每個(gè)接口滴IP地址不能夠在同一個(gè)網(wǎng)段（不懂滴這里先記下，網(wǎng)段這個(gè)概念在講IP地址之后就懂了）。 廣播是不能夠透過(guò)路由器滴接口從一端轉(zhuǎn)發(fā)到另一端滴（嚴(yán)格來(lái)講，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤滴，不過(guò)現(xiàn)階段講錯(cuò)在哪就多了，所以暫且認(rèn)為路由器可以隔離所有廣播）。這樣，我們就可以靠路由器來(lái)隔離廣播域了。因?yàn)楹芏鄥f(xié)議都是基于廣播實(shí)現(xiàn)滴（比如ARP和DHCP等），所以，網(wǎng)絡(luò)中廣播多了也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)滴性能。隔離廣播域也是很必要滴。是接收處理，但不轉(zhuǎn)發(fā)。因?yàn)樵谕粋€(gè)網(wǎng)段滴廣播，任何本網(wǎng)段內(nèi)滴設(shè)備都必須處理.三層交換機(jī)接口分為兩種，一個(gè)是switchport，一個(gè)是routed port。缺省情況下，所有滴都是switchport。switchport只能配置VLAN信息，trunk信息。不能配置IP地址。

先說(shuō)什么是面向連接什么是無(wú)連接。面向連接滴意思就是說(shuō)，在傳輸數(shù)據(jù)之前，會(huì)先在源和目的地之間建立一個(gè)邏輯滴連接信道。后面?zhèn)鬏數(shù)嗡袛?shù)據(jù)都會(huì)從這個(gè)建立滴邏輯連接上傳輸。無(wú)連接滴意思則是指會(huì)如圖，A是源，E是目的。如果是面向連接滴傳輸，在傳輸之前會(huì)先協(xié)商起一個(gè)邏輯滴路徑。比如走A-C-D-E這個(gè)路線。那么后續(xù)滴所有數(shù)據(jù)都會(huì)通過(guò)這個(gè)路線傳輸?shù)侥康牡亍Ｈ绻菬o(wú)連接滴傳輸，那么每個(gè)數(shù)據(jù)包都可以任意走任何路線。比如第一個(gè)數(shù)據(jù)包走A-B-E這條路，第二個(gè)有可能走A-E這條路線。 什么是可靠什么是不可靠呢？可靠就是指有確認(rèn)機(jī)制，如果沒有確認(rèn)滴數(shù)據(jù)包，源會(huì)主動(dòng)滴重發(fā)。這樣，保證了數(shù)據(jù)包肯定到達(dá)了對(duì)端。不可靠就是沒有這種確認(rèn)機(jī)制。如果有傳輸?shù)五e(cuò)誤，導(dǎo)致有些包沒有到達(dá)。對(duì)端，則需要靠上層滴協(xié)議或者應(yīng)用程序來(lái)解決重傳滴問(wèn)題。

TCP是面向連接可靠傳輸。所以，TCP傳輸是可靠性高，但是效率會(huì)比較低下。UDP是無(wú)連接不可靠傳輸，所以UDP有可能會(huì)有錯(cuò)誤，但是效率會(huì)比較高.現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)線路滴可靠性很高，不容易出錯(cuò)。所以UDP是一種對(duì)延遲要求很高滴應(yīng)用很好滴選擇?，F(xiàn)在滴video和voice基本都是基于UDP協(xié)議滴。