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假如存在網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B。

網(wǎng)絡(luò)A的IP地址范圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0；

網(wǎng)絡(luò)B的IP地址范圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。

有路由器存在時(shí)，如何讓網(wǎng)絡(luò)A和B進(jìn)行通信？

核心原理

網(wǎng)絡(luò)A（192.168.1.0/24）和網(wǎng)絡(luò)B（192.168.2.0/24）是兩個(gè)獨(dú)立的廣播域。在沒(méi)有路由器的情況下，它們之間的設(shè)備無(wú)法直接通信，因?yàn)楦鶕?jù)子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關(guān)的作用就是它們會(huì)認(rèn)為對(duì)方不在同一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)中。

路由器的作用就是“連接”這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并在它們之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由器至少有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，分別連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)接口都有一個(gè)屬于該網(wǎng)絡(luò)的IP地址。它就像一座橋梁，讓兩個(gè)“島嶼”上的居民可以往來(lái)。

通信步驟詳解

假設(shè)我們有一臺(tái)路由器，它的兩個(gè)接口配置如下：

• ?接口G0/0 連接到 網(wǎng)絡(luò)A，IP地址設(shè)為 192.168.1.254

• 接口G0/1 連接到 網(wǎng)絡(luò)B，IP地址設(shè)為 192.168.2.254

現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)A中的一臺(tái)電腦（PC-A， IP: 192.168.1.1）想要訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)B中的一臺(tái)服務(wù)器（PC-B， IP: 192.168.2.1）。

數(shù)據(jù)包的旅程如下：

1.判斷目標(biāo)位置PC-A (192.168.1.1)

PC-A (192.168.1.1) 想 ping PC-B (192.168.2.1)。它首先會(huì)用自己的IP地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)地址 192.168.2.1 與自己不在同一個(gè)網(wǎng)段。

2.尋找網(wǎng)關(guān)

由于目標(biāo)不在本地，PC-A 知道必須把數(shù)據(jù)包發(fā)給一個(gè)“出口”，這個(gè)出口就是默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。PC-A的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)應(yīng)設(shè)置為路由器的接口地址，即 192.168.1.254。

3.發(fā)送數(shù)據(jù)包到路由器

PC-A 將數(shù)據(jù)包發(fā)送給路由器。這個(gè)數(shù)據(jù)包的：

• 源IP地址: 192.168.1.1 (PC-A)

• 目標(biāo)IP地址: 192.168.2.1 (PC-B)

• 目標(biāo)MAC地址: 路由器接口G0/0的MAC地址 (在數(shù)據(jù)鏈路層，PC-A通過(guò)ARP協(xié)議獲取到網(wǎng)關(guān)的MAC地址)

4.路由器路由決策

路由器從G0/0接口收到數(shù)據(jù)包。它查看數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP地址（192.168.2.1），并查詢自己的路由表。路由表會(huì)告訴它：“目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 192.168.2.0/24 直接連接在我的 G0/1 接口上”。

5.轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)

路由器將數(shù)據(jù)包從G0/1接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。在轉(zhuǎn)發(fā)前，它會(huì)重寫數(shù)據(jù)幀的MAC地址（源MAC改為G0/1的MAC，目標(biāo)MAC改為PC-B的MAC，同樣通過(guò)ARP獲取），但數(shù)據(jù)包的IP地址保持不變。

6.到達(dá)目的地

最終，數(shù)據(jù)包順利到達(dá) PC-B (192.168.2.1)。

7.回復(fù)過(guò)程

PC-B 回復(fù) PC-A 的過(guò)程完全相反，原理一樣。PC-B 發(fā)現(xiàn)目標(biāo) 192.168.1.1 不在本地網(wǎng)絡(luò)，于是將回復(fù)數(shù)據(jù)包發(fā)送給自己的默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 192.168.2.254（路由器），再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)給 PC-A。

PC-A如何通過(guò)ARP協(xié)議獲取到網(wǎng)關(guān)的MAC地址？

1、為什么需要MAC地址？

• IP地址 是邏輯地址，用于在整個(gè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)一臺(tái)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)層）。它的作用是“最終目的地

• MAC地址 是物理地址，固化在網(wǎng)卡里，用于在同一個(gè)局域網(wǎng)（廣播域） 內(nèi)標(biāo)識(shí)一臺(tái)設(shè)備（數(shù)據(jù)鏈路層）。它的作用是“下一跳的地址”。

可以把通信想象成寄信：

• IP地址是信封上的收件人詳細(xì)地址（城市、街道、門牌號(hào)）。

• MAC地址是郵遞員在當(dāng)前分揀中心把信件交給下一個(gè)具體郵差時(shí)貼上的內(nèi)部標(biāo)簽。

關(guān)鍵點(diǎn)： 以太網(wǎng)規(guī)定，在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，所有數(shù)據(jù)傳輸最終都必須封裝成“幀”，而這個(gè)幀的頭部必須包含目標(biāo)MAC地址。沒(méi)有目標(biāo)MAC地址，數(shù)據(jù)幀就無(wú)法被發(fā)送出去。

2、ARP獲取網(wǎng)關(guān)MAC地址的詳細(xì)步驟

假設(shè)PC-A的ARP緩存是空的（即它之前沒(méi)有和網(wǎng)關(guān)通信過(guò)）。

第1步：構(gòu)造ARP：

請(qǐng)求包當(dāng)PC-A意識(shí)到需要把數(shù)據(jù)包發(fā)給網(wǎng)關(guān)（192.168.1.254）時(shí)，它首先會(huì)檢查自己的ARP緩存表。如果找不到對(duì)應(yīng)條目，它就會(huì)構(gòu)造一個(gè) ARP請(qǐng)求廣播包。

?
這個(gè)ARP請(qǐng)求包包含了以下關(guān)鍵信息：

• 發(fā)送方MAC地址: PC-A自己的MAC地址 (例如: AA:AA:AA:AA:AA:AA)

• 發(fā)送方IP地址: PC-A自己的IP地址 (192.168.1.1)

• 目標(biāo)IP地址: 它想要查詢的網(wǎng)關(guān)IP地址 (192.168.1.254

• 目標(biāo)MAC地址: 全部設(shè)為 FF:FF:FF:FF:FF:FF (廣播地址)

這個(gè)包在問(wèn)一個(gè)所有局域網(wǎng)設(shè)備都能聽(tīng)到的問(wèn)題：

“大聲問(wèn)一下！IP地址是 192.168.1.254 的設(shè)備，你的MAC地址是什么？請(qǐng)告訴 192.168.1.1 (AA:AA:AA:AA:AA:AA)！”

第2步：廣播ARP請(qǐng)求

PC-A將這個(gè)ARP請(qǐng)求包封裝成以太網(wǎng)廣播幀，目標(biāo)MAC是 FF:FF:FF:FF:FF:FF，然后通過(guò)網(wǎng)卡發(fā)送出去。

第3步：局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備處理請(qǐng)求

這個(gè)廣播幀會(huì)被網(wǎng)絡(luò)A（192.168.1.0/24）內(nèi)的所有設(shè)備（包括路由器接口G0/0、其他電腦、打印機(jī)等）接收到。

• 每臺(tái)設(shè)備都拆開數(shù)據(jù)包，查看ARP請(qǐng)求內(nèi)容。

• 它們會(huì)比較ARP請(qǐng)求包中的 “目標(biāo)IP地址” 是否與自己的IP地址匹配。

• 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的其他電腦（如192.168.1.50）：它們發(fā)現(xiàn)“目標(biāo)IP地址 (192.168.1.254)”不是自己的IP，于是安靜地丟棄這個(gè)ARP請(qǐng)求包，不做任何響應(yīng)。

• 對(duì)于路由器接口G0/0 (192.168.1.254)：它發(fā)現(xiàn)“目標(biāo)IP地址 (192.168.1.254)”正好是自己的IP地址。

  
  

第4步：網(wǎng)關(guān)發(fā)送ARP回復(fù)

路由器接口G0/0確認(rèn)自己是ARP請(qǐng)求的目標(biāo)后，會(huì)構(gòu)造一個(gè) ARP回復(fù)包。這是一個(gè)單播包，直接回復(fù)給PC-A。

這個(gè)ARP回復(fù)包包含了以下關(guān)鍵信息：

• ?發(fā)送方MAC地址: 路由器G0/0接口的MAC地址 (例如: BB:BB:BB:BB:BB:BB)

• 發(fā)送方IP地址: 路由器G0/0接口的IP地址 (192.168.1.254)

• 目標(biāo)MAC地址: PC-A的MAC地址 (AA:AA:AA:AA:AA:AA)

• 目標(biāo)IP地址: PC-A的IP地址 (192.168.1.1)

這個(gè)包在回答PC-A的問(wèn)題：

“你好 192.168.1.1！我是 192.168.1.254，我的MAC地址是 BB:BB:BB:BB:BB:BB?！?/span>

第5步：PC-A學(xué)習(xí)并緩存

• PC-A接收到這個(gè)ARP回復(fù)包。

• 它將 IP地址: 192.168.1.254 和 MAC地址: BB:BB:BB:BB:BB:BB 這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系存入自己的ARP緩存表中。

• 這個(gè)緩存條目會(huì)有一個(gè)生存時(shí)間（例如2分鐘），超時(shí)后會(huì)被清除，需要時(shí)再次發(fā)起ARP請(qǐng)求。

第6步：正式通信

現(xiàn)在，PC-A終于知道了網(wǎng)關(guān)的MAC地址。它可以將原本要發(fā)給 192.168.2.1 的IP數(shù)據(jù)包，封裝成一個(gè)以太網(wǎng)幀：

• ?目標(biāo)MAC地址: BB:BB:BB:BB:BB:BB (路由器的MAC)

• 源MAC地址: AA:AA:AA:AA:AA:AA (自己的MAC)

• 數(shù)據(jù): 內(nèi)含源IP為 192.168.1.1，目標(biāo)IP為 192.168.2.1 的IP包。

然后，PC-A將這個(gè)幀發(fā)送出去。交換機(jī)根據(jù)目標(biāo)MAC地址 BB:BB:BB:BB:BB:BB，準(zhǔn)確地將幀轉(zhuǎn)發(fā)給路由器的G0/0接口。

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