第一层、物理层

MAC地址：一个网卡的全球唯一标识，物理地址、硬件地址，长度为 48 位，前 24 位（00-16-EA）代表网络硬件制造商的编号，后 24 位（AE-3C-40）是该厂家自己分配的，一般表示系列号。

对于接收到消息的设备进行判断：

  1. 根据头部的目标 MAC 地址信息，判断这个数据包的确是发给自己的，于是便收下。
  2. 根据头部的目标 MAC 地址信息，判断这个数据包并不是发给自己的，于是便丢弃。
第二层、数据链路层

组成了以太网，多了交换机设备。可以通过交换机中储存的MAC地址表明确找到目标地址。

数据包增加了数据链路层头部。

第三层、网络层

新增了路由器，它的功能就是，作为一台独立的拥有 MAC 地址的设备，并且可以帮我把数据包做一次转发，你把它定在了网络层。

数据包增加了网络层头部。

新增了一些列概念：

  1. IP（IPV4）
  2. 子网掩码
  3. 网关
其他关键概念

arp

假如你（A）此时不知道你同伴 B 的 MAC 地址（现实中就是不知道的，刚刚我们只是假设已知），你只知道它的 IP 地址，你该怎么把数据包准确传给 B 呢？

答案很简单，在网络层，我需要把 IP 地址对应的 MAC 地址找到，也就是通过某种方式，找到 192.168.0.2 对应的 MAC 地址 BBBB。

这种方式就是 arp 协议，同时电脑 A 和 B 里面也会有一张 arp 缓存表，表中记录着 IP 与 MAC 地址的对应关系。

IP 地址 MAC 地址
192.168.0.2 BBBB

一开始的时候这个表是空的，电脑 A 为了知道电脑 B（192.168.0.2）的 MAC 地址，将会广播一条 arp 请求，B 收到请求后，带上自己的 MAC 地址给 A 一个响应。此时 A 便更新了自己的 arp 表。

这样通过大家不断广播 arp 请求，最终所有电脑里面都将 arp 缓存表更新完整。

总结

从各个节点的视角来看

电脑视角：

  • 首先我要知道我的 IP 以及对方的 IP
  • 通过子网掩码判断我们是否在同一个子网
  • 在同一个子网就通过 arp 获取对方 mac 地址直接扔出去
  • 不在同一个子网就通过 arp 获取默认网关的 mac 地址直接扔出去

交换机视角：

  • 我收到的数据包必须有目标 MAC 地址
  • 通过 MAC 地址表查映射关系
  • 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去
  • 查不到就所有端口都发出去

路由器视角：

  • 我收到的数据包必须有目标 IP 地址
  • 通过路由表查映射关系
  • 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去（不在任何一个子网范围，走其路由器的默认网关也是查到了）
  • 查不到则返回一个路由不可达的数据包

如果你嗅觉足够敏锐，你应该可以感受到下面这句话：

网络层（IP协议）本身没有传输包的功能，包的实际传输是委托给数据链路层（以太网中的交换机）来实现的。

涉及到的三张表分别是

  • 交换机中有 MAC 地址表用于映射 MAC 地址和它的端口
  • 路由器中有路由表用于映射 IP 地址(段)和它的端口
  • 电脑和路由器中都有 arp 缓存表用于缓存 IP 和 MAC 地址的映射关系

这三张表是怎么来的

  • MAC 地址表是通过以太网内各节点之间不断通过交换机通信，不断完善起来的。
  • 路由表是各种路由算法 + 人工配置逐步完善起来的。
  • arp 缓存表是不断通过 arp 协议的请求逐步完善起来的。
参考

图解 | 原来这就是网络