网络传输流程

TCP/IP五层或者四层模型

五层包含物理层，四层就不包含物理层

通过应用层到物理层或者物理层到应用层的层层封装和分用，将传输的数据进行不同层协议的封装或者分用

IP和MAC的概念

一个网卡对应一个 ip 地址，就想一个人只有一个身份证号码一样，但是一台主机不一定只有一个ip，因为存在：一台主机可以安装有线网卡，也可以安装无线网卡

ip 地址：

IP地址是在网络层的IP头部里，用于识别网络中互联的主机和路由器，其实主要是确认子网，通过子网掩码确认某个IP地址所在的子网，而后再在子网内部确认mac地址就能找到准确的用户了

Mac 地址：

mac地址是在数据链路层包裹在以太网头部中的，它主要用来识别同一个链路中的不同计算机。Mac地址即网卡号，每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的 MAC 地址，也就说 mac 地址能准确的标识一台计算机

端口号（port)：

端口号是在运输层包含在TCP/UDP头部中的，用于识别应用程序。一台主机上能运行多个程序，那么接收到的消息到底是哪个程序发送的，就需要端口号来确认，确认一台主机上的不同应用程序

在两台设备间传输数据，通过目的 IP 来找接收主机的子网位置，找到子网位置之后，通过目的MAC来确认主机的位置，因为一个MAC地址能够明确的标识一台主机，但是这个寻找的过程中基于集线器或者交换机的网络设备传输时源MAC和目的MAC不会发生改变，但是基于交换机传输时会发生改变

网络设备的功能

网络数据的传输流程

1.只有集线器的情况下

场景：主机1通过 IP + PORT 访问 http 服务器的服务

流程：

（1）查询主机1的本机ARP缓存表，查看对应 IP 的MAC地址
（2）如果本机找不到，则通过集线器广播ARP请求数据（里面包含了：源MAC，目的 MAC 是 FF：广播地址，目的 IP），其他主机接收到数据后，查看自己的 IP 是否和请求数据中的 IP 相同，相同的话则返回自己的 MAC ，不相同的话就丢弃数据
（3）更新本机 ARP 缓存表，这样下次遇到同样的 IP 就能够查找到 MAC 地址
（4）发送数据给 HTTP 服务器：集线器会把该数据发送给所有主机，这些主机接收到后同样查看 MAC 地址是否和自己的 MAC 地址一致，如果一致就处理，否则就丢弃

这个过程中会产生 冲突/碰撞域 ：也就是同一个时间下，多台主机同时发送数据包，那么集线器要把这么多的数据包同时发送给所有的端口，但是端口带宽有限，就会造成干扰

2.局域网内只存在交换机的情况

基本流程和集线器相同
交换机存在一个 MAC 地址转换表，基本的功能也和 ARP 缓存表相同，不同的是交换机有多个端口来处理数据，这样就降低了发生冲突的概率，相当于把主机分成不同的部分，然后一部分主机发送数据给一个端口，其他部分主机发送数据给其他不同的端口

3.局域网内交换机+路由器情况

场景：主机1访问主机4的http服务，两个主机在不同网段内，涉及到跨网段的问题，此时不能像之前通过集线器的ARP缓存表或者交换机的MAC地址转换表来查询目的主机的 MAC 地址，只能通过路由器来获取连接主机的相关信息

流程：

（1）通过目的 IP 的网络号（也就是 IP 的前三位）和自己的子网掩码做按位与操作，将等到的网络号和自己的网络号进行对比
（2）相同则说明目的主机和自己在同一个网段内，则像前面的只有交换机的情况去处理
（3）如果不同，则需要将数据发送到路由器，通过网关地址来找到目的 MAC 地址
（4）路由器处理的时候会发送 MAC 的改变，源 MAC 由原来的主机1MAC改为路由器的MAC，目的MAC由原来的路由器MAC地址修改为主机4的MAC地址（如果主机4的MAC地址查询不到，则需要通过广播的方式来查找）

3.广域网的传输流程（重要）

场景：主机1访问 http://www.baidu.com

流程：

（1）先要将域名转换成 IP 地址，DNS协议（在本地的 DNS 缓存中查找，如果没有则往路由器查找，再没有往上级DNS服务器查找，层层查找）
（2）五元组信息：源 ip ：本机 IP ，目的 IP ：百度 IP 地址，源端口号：主机1程序端口号，目的端口号 ：百度HTTP服务器端口号
（3）通过目的 IP 和 子网掩码的按位与操作发现不再同一个网段内，则发送到路由器去处理
（4）路由器处理数据：

可能会出现两个问题：

a）路由器的 ARP 缓存也查找不到百度的 MAC 地址
b）在百度服务器接收到数据处理之后，要返回结果给主机1，根据发送给百度服务器时的IP+PORT 来返回数据，如果是局域网 IP + PORT 就会有问题

解决方法：

a）通过路由的功能来找到合适的下一次跳转位置，虽然不能一下子找到百度的MAC地址，但是知道大体的方向，通过这个方向的层层查找，最终也会找到百度的 MAC 地址
b）通过 NAT + NATP 来将私网的 ip +port 映射为公网的 ip + port
知道下一次跳转的方向后，修改 MAC 地址为：源MAC地址修改为路由器的 MAC 地址，目的MAC修改为下一次跳转设备的（此时目的 ip 和本设备的 ip 不同，所以不能处理数据）
（5）当百度服务器接收到数据时：目的MAC和本机MAC相同，目的IP和本机IP相同，此时才能够处理数据，之所以要 IP也相同才能处理，是因为之前在传输的过程中，只有目的 IP一直没有变化始终都是百度服务器IP，变化的是 MAC 地址，通过 MAC 的地址变换，才能将数据报层层的传输，最终达到百度服务器
（6）服务器处理完数据后，要返回结果给主机1，数据报为：
源IP：百度服务器IP，目的IP：路由器的公网IP，目的端口号：路由器程序端口号，源端口号：百度http服务器端口号
（7）路由器接收到数据报后：将 目的 IP 修改为：局域网内主机1的IP，目的端口号修改为：主机1的浏览器端口号，并且此时能够通过路由器的ARP缓存查找到主机1的 MAC 地址
（8）最后主机1接收到数据报，发现目的 MAC 和 目的 IP 和自己相同，进行分用处理