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网卡又称为网络适配器、LAN 搞下列网络传

    发布时间:2020-09-15 16:46:18    

以查询 zh.wikipedia.org 为例: 客户端发送查询报文 "query zh.wikipedia.org" 至DNS服务器DNS服务器首先检查自身缓存如果存在记载则直接返回效果。 如果记载老化或不存在则:

另外当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时即便知道对方的 MAC 地址两者也不能直接通信必须经由路由转发才可以。所以此时发送主机通过 ARP 协议获得的将不是目的主机的真实 MAC 地址而是一台可以通往局域网外的路由器的 MAC 地址。于是今后发送主机发往目的主机的所有帧都将发往该路由器通过它向外发送。这种情况称为委托 ARP 或 ARP署理(ARP Proxy)。

以主机A(192.168.38.10)向主机B(192.168.38.11)发送数据为例。

可是网络层需要的是 IP 地址这就需要一种功效--将应用中使用的地址映射为 IP 地址。

2.2 中继器

简而言之交流机就是吸收数据包、检察数据包的目的地址以选择路由、将数据包转发给下一跳路由。

2.5.1 路由控制表

2.4 交流机

ping 有时候也被我们说成了动词如 “ping一下盘算机XXX看它是否开着。”

NAT(Network Address Translator)是用于在当地网络中使用私有地址在毗连互联网时转而使用全局 IP 地址。除转换 IP 地址外还泛起了可以转换 TCP、UDP 端口号的 NART(Network Address Ports Translator)技术由此可以实现用一个 IP 地址与多个主机的通信。现在我们所说的 NAT 多数都是 NAPT或者称之为 IP 伪装。

2.5 路由器

发送数据包时所使用的地址是网络层的 IP 地址。然而仅仅有 IP 地址还不足以实现将数据包发送到对端目的地址在数据发送历程中还需要类似“指明下一个路由器或主机”的这方面信息以便真正发往目的地址。生存这种信息的就是路由控制表。

域名系统(英语:Domain Name System缩写:DNS)是互联网的一项服务。它作为将域名和 IP 地址相互映射的一个漫衍式数据库能够使人更利便地会见互联网。DNS 使用 TCP 和 UDP 端口 53 。当前对于每一级域名长度的限制是 63 个字符域名总长度则不能凌驾 253 个字符。

面试时回覆盘算机网络这块的问题很对应试者回覆的内容多为解说盘算机网络的 TCP 三次握手、四次挥手或者是 OSI 七层模型的细节阐释。

只要确定了 IP 地址就可以向这个目的地址发送 IP 数据报。然而在底层数据链路层举行实际通信却有须要相识每个 IP 地址所对应的 MAC 地址。

当被问到数据包如何在网络上举行传输的好比 IP 路由、ARP 寻址、交流机与路由器的区别、私有 IP 与全局 IP 的转换等细节只能缄默沉静以对。

默认路由是指路由表中任何一个地址都能与之匹配的记载。默认路由一般标志为 0.0.0.0/0 或 default。这里的 0.0.0.0/0 并不是指 IP 地址是 0.0.0.0为了制止人们误以为 0.0.0.0 是IP地址故后缀是 /0 。

于是需要一种方法凭据目的主机的 IP 地址获得其 MAC 地址。这就是 ARP 协议要做的事情。所谓地址剖析(address resolution)就是主机在发送帧前将目的 IP 地址转换成目的 MAC 地址的历程。

3.3 DHCP

这是你以往的认知通过本文的学习相信你可以对 本机 IP 地址、子网掩码的设置本机 MAC 地址目的机械 IP 地址其它机械 MAC 地址的获取等做到知其然又知其所以然。

这种转换表在 NAT 路由器上自动生成。例如在 TCP 的情况下建设 TCP 毗连首次握手时的 SYN 包一经发出就会生成这个表。尔后又随着收到关闭毗连时发出 FIN 包简直认应答从表中被删除。

如果路由控制表中存在多条相同网络地址的记载就选择一个最为吻合的网络地址。所谓最为吻合是指相同位数最多的意思。

需要注意示例的主机 A 和主机 B 属于同一网段。如果主机 A 和主机 B 不属于同一网段那么主机 A 发送的广播(ARP request)主机 B 就不行能收到。

一、前言

如图所示主机 163.221.120.9 的端口号是 80局域网有两个客户端 10.0.0.10 和 10.0.0.11 同时举行通信而且这两个客户端的当地端口都是 1025。此时仅仅转换 IP 地址为某个全局地址 202.244.174.37会令转换后的所有数字完全一致。为此只要将 10.0.0.11 的端口号转换为 1026 就可以解决问题。

交流机是凭据物理地址(MAC地址)举行处置惩罚参考的是 MAC 表而路由器则是凭据 IP 地址举行处置惩罚所参考的表叫做路由控制表。

所以在发送广播(ARP request)前主机 A 会判断主机 B 是否属于同一网段如果不属于就会在自己的 ARP 缓存表中寻找网关(也就是路由器)的 MAC 地址。如果没有找到主机 A 就会在网络上发送一个广播(ARP request)询问网关(路由器)的 MAC 地址。

二、设备

路由器可以毗连差别的数据链路。例如毗连两个以太网。现在人们在家或办公室里毗连互联网时所使用的宽带路由器也是路由器的一种。

ICMP 的主要功效包罗确认 IP 包是否乐成送达目的地址通知在发送历程当中 IP 包被废弃的详细原因改善网络设置等。有了这些功效以后就可以获得网络是否正常、设置是否有误以及设备有何异常等信息从而便于举行网络上的问题诊断。

2.1 调制解调器

四、尾声

在使用 DHCP 之前首先要架设一台 DHCP 服务器(许多时候用该网段的路由器充当 DHCP 服务器。)。然后将 DHCP 所要分配的 IP 地址设置到服务器上。此外还需要将相应的子网掩码、路由控制信息以及 DNS 服务器的地址等设置到服务器上。

此外在数据链路层也不需要 IP 地址需要的是 MAC 地址传输数据包。由此可知在实际通信中还需要众多支持 IP 的相关技术才气够实现通信。

2.2 中继器

ARP 缓存表接纳老化机制在一段时间内如果表中的某一行没有使用就会被删除这样可淘汰缓存表的长度加速查询速度。

2.3 网卡

在会见 Web 站点和发送、吸收电子邮件时我们通常会直接输入 Web 网站的地址或电子邮件地址等那些由应用层提供的地址而不会使用由十进制数字组成的某个 IP 地址。

实现 IP 通信的主机和路由器都必须持有一张这样的表。它们也正是在这个表格的基础上才得以举行数据包发送的。

当私有网络内的多台机械同时都要与外部举行通信时仅仅转换 IP 地址人们难免担忧全局 IP 地址是否不够用。这时接纳如下图所示的包罗端口号一起转换的方式(NAPT)可以解决这个问题。

交流机又被称为网桥或者 2 层交流机所谓 2 层就是事情于数据链路层。这代表着交流机在转发数据包时不知道也无需要知道泉源主机和目的主机的 IP 地址只需知其 MAC 地址。

2.4 交流机

NAT(NAPT)实际上是为了正在面临地址枯竭的 IPv4 而开发的技术不外IPv6 为了提高网络宁静也正在使用 NAT在 IPv4 和 IPv6 之间的相互通信当中经常使用 NAT-PT。

调制解调器是将盘算机发生的数字信号转换为模拟信号举行传输并解调收到的模拟信号以获得数字信号的电子设备。

3.2.1 ARP事情原理

网卡又称为网络适配器、LAN 卡是一块被设计用来允许盘算机在盘算机网络上举行通讯的盘算机硬件。由于其拥有 MAC 地址因此属于 OSI 模型的第 2 层(数据链路层)。

2.4.1 交流机的事情原理

如下图所示Mac 电脑可以在「系统偏好设置 - 网络 - Wi-Fi - 高级 - DNS」检察当前网络所使用的 DNS。

凭据 OSI 七层模型HTTP 数据报为应用层在传输层附加 TCP 首部指明源端口号和目的端口号在网络层附加 IP 首部指明发送端和吸收端的 IP 地址指明上层协议号(TCP/UDP)在数据链路层附加以太网首部指明吸收端 MAC 地址和发送端 MAC 地址。

交流机端口 1 收到 MAC 地址为 X 的盘算机发给 MAC 地址为 Y 的盘算机的数据包交流机从而记下了 MAC 地址 X 在端口 1 。(学习) 如果目的地 MAC 地址 Y 不能在 MAC 表中找到时交流时机把数据包转发给除端口 1 外的所有数据包。(洪泛) MAC 地址 Y 的盘算机收到该数据包向 MAC 地址 X 发出确认包。交流机收到该包后从而记载下 MAC 地址 Y 所在的网段。 交流机向 MAC 地址 X 转发确认包。(转发) 交流机收到一个数据包查表后发现该数据包的泉源地址与目的地址属于同一个端口交流机将不处置惩罚该数据包。(过滤) 交流机内部的 MAC 地址-端口 查询表的每条记载接纳时间戳记载最后一次会见的时间。早于某个阈值(用户可设置)的记载被清除。(老化)

5. 路由器

为什么我们从来不需要设置 DNS 服务器呢?这是因为现代路由器大多具备 DHCP 服务器的功效DHCP 服务器自动为我们提供默认的 DNS 服务器地址。

交流机内部的 CPU 会在每个端口乐成毗连时通过将 MAC 地址和端口对应形成一张 MAC 表。

我们所讲的盘算机的 MAC 地址或主机的 MAC 地址实际上是网卡的 MAC 地址。

2.5.1 路由控制表

ping(呯)是使用 ICMP 协议的一种盘算机网络工具用来测试数据包能否透过 IP 协议到达特定主机。

DHCP 服务器搭建好之后DHCP 的运行分为四个基本历程划分为请求 IP 租约、提供 IP 租约、选择 IP 租约和确认 IP 租约。所谓租约也就是盘算机 IP 地址的有效期。

薛勤民众号“代码艺术”的作者就职于阿里巴巴热衷于探索盘算机世界的底层原理小我私家在 Github@Ystcode 上拥有多个开源项目。

ARP 是如何知道 MAC 地址的呢?简朴来说ARP 是借助 ARP 请求与 ARP 响应两种类型的包确定 MAC 地址的。

另外DHCP客户端在 IP 租约到期前可以发送 DHCP 请求包通知想要延长这个时限。

3.2 ARP

那么问题来了在数据包的发送历程中是凭据网络层的泉源 IP 地址和目的 IP 地址举行定位。同一局域网的泉源 IP 地址凭据上面实验的效果显然都是相同的公网 IP 那么百度响应过来的数据包是如何准确发送到我们的当地盘算机呢?谜底是使用 NAT 技术。

路由器是在 OSI 模型的第 3 层即网络层面上毗连两个网络、并对分组报文举行转发的设备。

三、协议

DHCP 服务器会统一治理每个子网的 IP 地址分配规模、子网掩码、默认路由以及 DNS 服务器。

换机是一种网络设备通过报文交流方式吸收和转发数据到目的设备。

本文将会梳理清楚数据包在网络中由一台主机发往另一台主机的详细历程内容包罗调制解调器、中继器、网卡、交流机、路由器等网络设备以及 IP 协议相关技术 DNS、ARP、DHCP、NAT、ICMP等。

例如 172.20.100.52 的网络地址与 172.20/16 和 172.20.100/24 两项都匹配。此时应该选择匹配度最长的 172.20.100/24 。

3.1 DNS

发送 DNS 请求到 DNS 服务器获取网站真实的 IP 地址这个历程需要一定的时间影响这个时间的因素之一就是 DNS 服务器的地理位置。DNS 服务器离你越近传输数据自然更快。因此默认情况下路由器将从网络提供商提供获取最近的 DNS 服务器地址实现最快的网络响应。

3.1.1 DNS查询历程

三、协议

DNS服务器向根域名服务器发送查询报文"query zh.wikipedia.org"根域名服务器返回顶级域 .org 的权威域名服务器地址。 DNS服务器向 .org 域的权威域名服务器发送查询报文"query zh.wikipedia.org"获得二级域 .wikipedia.org 的权威域名服务器地址。 DNS服务器向 .wikipedia.org 域的权威域名服务器发送查询报文"query zh.wikipedia.org"获得主机 zh 的A记载存入自身缓存并返回给客户端。

3.1.2 检察修改DNS

现代家庭网络搭建宽带时可以看到路由器后接的调制解调器(英语:Modem)我们一般亲切称之为“猫”。

IP 的辅助技术包罗 DNS、ARP、ICMP、ICMPv6、DHCP、NAT等。还包罗如 IP 隧道、 IP多播、IP任播、质量控制以及网络拥塞的显式通知和 Mobile IP 技术。

如下图所示以 10.0.0.10 的主机与 163.221.120.9 的主机举行通信为例。使用 NAT 途中的 NAT 路由器将发送源地址从 10.0.0.10 转换为全局的 IP 地址(202.244.174.37)再发送数据。反之当包从地址163.221.120.9 发过来时目的地址(202.244.174.37)先被转换成私有 IP 地址 10.0.0.10 以后再被转发。

下面以 ping 百度的网址作为示例:

3.2 ARP

3.4.1 NAT的事情机制

搭建一套网络情况要涉及种种各样的电缆和网络设备既然要搞清楚数据的传输那就先搞清楚数据传输的前言。

IP 包中有一个字段叫做 TTL (Time To Live生存周期)它的值随着没经由一次路由器就会减 1直到减到 0 时该 IP 包会被抛弃。此时IP 路由器将会发送一个 ICMP 超时的消息给发送端主机并通知该包已被抛弃。

3.2.1 ARP事情原理

2.1 调制解调器

将上图椭圆形内容举行合并生成一个 NAPT 路由器的转换表就可以正确地转换地址跟端口的组合令客户端 A、B 能同时与服务器之间举行通信。

二、设备

当发送数据时主机A会在自己的 ARP 缓存表中寻找是否有目的 IP 地址。如果找到就知道目的 MAC 地址为(00-BB-00-62-C2-02)直接把目的 MAC 地址写入帧内里发送就可。 如果在 ARP 缓存表中没有找到相对应的 IP 地址主机A就会在网络上发送一个广播(ARP request)目的 MAC 地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”这表现向同一网段内的所有主机发出这样的询问:“192.168.38.11的 MAC 地址是什么?” 网络上其他主机并不响应 ARP 询问只有主机B吸收到这个帧时才向主机A做出这样的回应(ARP response):“192.168.38.11的 MAC 地址是00-BB-00-62-C2-02”此回应以单播方式。这样主机A就知道主机B的 MAC 地址它就可以向主机B发送信息。同时它还更新自己的 ARP 高速缓存(ARP cache)下次再向主机B发送信息时直接从 ARP 缓存内外查找就可。

有了 DHCP 盘算机只要毗连到网络就可以举行 TCP/IP 通信。也就是说DHCP 让即插即用变得可能。而 DHCP 不仅在 IPv4 中在 IPv6 中也可以使用。

3.1.2 检察修改DNS

3.5.1 ping

3.2.2 检察本机ARP

如何检察本机 ARP 缓存表呢?

Windows:开始 → 运行 → cmd → arp -a(参数a表现显示所有内容) Linux:终端 → arp -nv MacOS:终端 → arp -nla

3.3 DHCP

这里不得不解释 TTL 是什么?

以前用电话线上网用的是电话调制解调器现在都是光纤上网用的是光纤调制解调器即用于数字信号与光纤信号的转换。

NAT 对数据包的 IP 首部举行改动由于在 TCP 或 UDP 中IP 地址还用于校验和的盘算因此 IP 发生变化时也需要相应地将 TCP、UDP 的首部举行转换。

一、前言

3.3.1 DHCP 的事情机制

同调制解调器一样事情在物理层的另有中继器它的作用是将电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆简而言之中继器是对削弱的信号举行放大和发送的设备。

搞下列网络传

如下图所示Mac 电脑可以在「系统偏好设置 - 网络 - Wi-Fi - 高级 - TCP/IP」检察当前当地 IP 设置。

如下图所示Mac 电脑可以在「系统偏好设置 - 网络 - Wi-Fi - 高级 - 硬件」检察当前盘算机的 MAC 地址。

架构 IP 网络时需要特别注意两点:确认网络是否正常事情以及遇到异常时举行问题诊断。

3.4 NAT

由此DHCP 的网络设置竣事可以举行 TCP/IP 通信。不需要 IP 地址时可以发送 DHCP 排除包。

路由器会将毗连到自身所有设备的 DNS 服务器地址设置为自己的 IP 地址。毗连该路由器的手机、电脑等网络设备的 DNS 请求统一发送至路由器 IP 地址此时路由器饰演各设备的 DNS 服务器。然后路由器转发 DNS 请求到实际的 DNS 服务器。实际的 DNS 服务器剖析域名 IP返回给路由器。最后路由器再把 IP 返回给终端设备。

ICMP 的消息大致可以分为两类:一类是通知堕落原因的错误消息另一类是用于诊断的查询消息。

2.3 网卡

3.4.1 NAT的事情机制

一台盘算秘密想上网必备的就是网卡而现在大多数盘算机也早已内置了网卡。

如果逐一为每一台主机设置 IP 地址会是很是繁琐的事情。于是为了实现自动设置 IP 地址、统一治理 IP 地址分配就发生了 DHCP 协议。

3.2.2 检察本机ARP

3.1.1 DNS查询历程

在每台安装有 TCP/IP 协议的电脑或路由器里都有一个 ARP 缓存表内外的 IP 地址与 MAC 地址是一对应的如下表所示。

为了让动态路由实时刷新路由表在网络上互连的路由器之间必须设置好路由协议保证正常读取路由控制信息。

在 NAT(NAPT)路由器的内部有一张自动生成的用来转换地址的表。当 10.0.0.10 向 163.221.120.9 发送第一个包时生成这张表并根据表中的映射关系举行处置惩罚。

3.4 NAT

3.5 ICMP

3.1 DNS

如图所示主机A向主机B发送数据包需要经由交流机、路由器等设备。但在物理层(OSI 模型的第 1 层)还需要调制解调器和中继器。

2.4.1 交流机的事情原理

在使用 TCP 或 UDP 的通信当中只有目的地址、源地址、目的端口、源端口以及协议类型(TCP 还是 UDP)五项内容都一致时才被认为是同一个通信毗连。也就是复用转换表的同一行记载。

当一台交流机安装设置好之后其事情历程如下:

3.5.1 ping

3.5 ICMP

需要明确交流机不修改数据包只卖力转发数据包。

可以看到百度的 IP 地址是 61.135.169.125以 64 bytes 测试反映时间 5.589 毫秒TTL(Time To Live)值为 56。

ping 的运作原理是向目的主机传出一个 ICMP 的请求回显数据包并等候吸收回显回应数据包。法式会定时间和乐成响应的次数估算丢失数据包率(丢包率)和数据包往返时间(网络时延Round-trip delay time)。

在 IP 通信中如果某个 IP 包因为某种原因未能到达目的地址那么这个详细的原因将由 ICMP 卖力通知。例如主机 A 向主机 B 发送了数据包由于某种原因途中的路由器未能发现主机 B 的存在这时路由器就会向主机 A 发送一个 ICMP 包说明发往主机 B 的包未能乐成。

例如一个刚刚搭建好的网络需要验证该网络的设置是否正确。ICMP 正是提供这类功效的一种协议。

3.3.1 DHCP 的事情机制

告诉大家一个有趣的实验拿起你的手机和电脑毗连同一 Wi-Fi 然后会见百度输入“IP”你会惊讶的看得手机和电脑显示的 IP 地址是相同的而且并非是本机 IP 地址。

四、尾声

示例中 TTL 的值为 56 假设发送端设置的 TTL 为 64那么中间履历的路由数为 64 - 56 = 8。

路由控制表中记载着网络地址与下一步应该发送至路由器的地址。在发送 IP 包时首先要确定 IP 包首部中的目的地址再从路由控制表中找到该地址具有相同网络地址的记载凭据该记载将 IP 包转发给相应的下一个路由器。

作者先容

彻底搞懂盘算机网络通信设备与协议

该路由控制表的形成方式有两种:一种是治理员手动设置另一种是路由器与其它路由器相互交流信息时自动刷新。前者也叫静态路由控制尔后者叫做动态路由控制。

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