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 TCP/IP 參考模型是一個(gè)非?；A(chǔ)，同是也非常重要的基礎(chǔ)框架，本文檔通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，結(jié)合參考模型來(lái)分析一下數(shù)據(jù)包流轉(zhuǎn)的基本過(guò)程。

 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境非常簡(jiǎn)單，如下圖所示，我們現(xiàn)在來(lái)分析一下 PC 去訪問(wèn) Web Server 的WEB服務(wù)，整個(gè)數(shù)據(jù)通信過(guò)程是如何發(fā)生的，為了簡(jiǎn)化描述(我們這里暫時(shí)忽略DNS、ARP、幀校驗(yàn)等等機(jī)制的工作細(xì)節(jié))只考慮較為宏觀的層面。

利用 TCP/IP 參考模型分析數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程:

1).  PC 訪問(wèn) Web Server 的 WEB 服務(wù)，實(shí)際上是訪問(wèn) Web Server 的 HTTP 服務(wù)。這個(gè)過(guò)程對(duì)于人來(lái)說(shuō)，就是在 PC 的瀏覽器中輸入了 Web Server 的“IP地址”或“域名”，這個(gè)行為在 PC 的應(yīng)用層面將觸發(fā)本地的 HTTP 進(jìn)程產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)，我們把這些數(shù)據(jù)稱為 DATA，它是 HTTP 的有效荷載。

2). 數(shù)據(jù)通信的最終任務(wù)是，要幫助 PC 把這個(gè) HTTP 的有效荷載傳遞到 Web Server 上的 HTTP 進(jìn)程中。

   這是一個(gè)看起來(lái)簡(jiǎn)單的任務(wù)，但是實(shí)際上，這份數(shù)據(jù)卻要翻山越嶺。PC 的應(yīng)用層將這份 HTTP 的有效荷載交給“傳輸層”（我們這里忽略TCP三次握手等內(nèi)容），‘傳輸層’會(huì)為‘應(yīng)用層’下來(lái)的這份數(shù)據(jù)封裝上一個(gè)報(bào)文頭部，由 HTTP 是基于 TCP 的應(yīng)用，因此這里壓上的是 TCP 的頭部。

   在這個(gè)頭部之中，有目的端口號(hào)80，這個(gè)端口號(hào)將在數(shù)據(jù)到達(dá) Web Server 后告訴對(duì)端，我要訪問(wèn)你啥服務(wù)。當(dāng)然，為了讓這份數(shù)據(jù)能夠可靠的被傳輸，TCP 頭部里還有其他重要的內(nèi)容，這里暫不贅述。

3). 好了，HTTP 的荷載被封裝上了 TCP 的頭，為了讓這份數(shù)據(jù)能夠在IP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，我們還需要一個(gè)“信封”，于是數(shù)據(jù)到了 PC 的“網(wǎng)絡(luò)層”。

   在這一層，數(shù)據(jù)被封裝上了一個(gè) IP 報(bào)文頭部，在 IP 包頭中，寫(xiě)入了源和目的 IP 地址，源IP地址為PC 的IP：192.168.1.1，而目的 IP 地址是 Web Server 的IP：192.168.2.1。

   IP 包頭部中的另一個(gè)重要的字段是協(xié)議號(hào)，這里寫(xiě)入的值為6，這個(gè)值對(duì)應(yīng)著 IP 頭后面封裝的協(xié)議，也就是 TCP。好了，有了IP頭這個(gè)信封，我們這份數(shù)據(jù)，就能夠在IP網(wǎng)絡(luò)中被從源傳遞到目的地。

4). 然而光有信封還是不夠的，至少，我們要把這個(gè)信件一段鏈路一段鏈路的搬運(yùn)過(guò)去，而不能一下就從源直接穿越到目的地去吧，也不是天朝的穿越劇不是，那咋辦？

   我們還需要一個(gè)‘?dāng)?shù)據(jù)鏈路層’的頭部，由于這里是以太網(wǎng)的環(huán)境、以太網(wǎng)的鏈路，因此上層下來(lái)的數(shù)據(jù)又被封裝上了一個(gè)以太網(wǎng)幀頭，這是為了使得 PC 能夠?qū)⑦@份數(shù)據(jù)傳遞到同在鏈路上的網(wǎng)關(guān) R1（的F0/0口）。

    由于 PC 設(shè)置的網(wǎng)關(guān)地址為 192.168.1.254，也就是 R1 的 F0/0 口IP地址，因此，當(dāng)訪問(wèn) Web Server  192.168.2.1這個(gè)非本地網(wǎng)絡(luò)的 IP 時(shí)，PC 要求助于它的網(wǎng)關(guān)，因此在數(shù)據(jù)鏈路層面上，PC 要把數(shù)據(jù)傳遞到網(wǎng)關(guān)，它將封裝上去的以太網(wǎng)頭部中寫(xiě)入 ‘源 MAC’也就是自己的 MAC：00DD.F800.0001，同時(shí)寫(xiě)入‘目的 MAC’也就是路由器 R1 的 F0/0 口的 MAC：000.AAAA.0001，當(dāng)然如果此刻 PC 沒(méi)有網(wǎng)關(guān) IP 對(duì)應(yīng)的 MAC，那么它會(huì)發(fā)送 ARP 消息去請(qǐng)求。

   以太網(wǎng)幀頭中還有一個(gè)重要的字段，是類型字段，類型字段用于描述我這個(gè)以太網(wǎng)的幀頭后面被封裝的是什么報(bào)文，這里寫(xiě)入的值是0x0800,表示后面是一個(gè)IP報(bào)文。

5). 費(fèi)了好大的勁兒，層層加料，終于，這份數(shù)據(jù)最終做好了傳輸?shù)臏?zhǔn)備，從 PC 傳輸?shù)搅送阪溌飞系腞1，距離目的地又更近了一點(diǎn)，當(dāng)然，在數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，是不可能像我們圖畫(huà)的這么文藝的，它應(yīng)該是一些電氣化的信息，例如1010101神馬的，不鳥(niǎo)他了，反正是這一坨東西是傳到了R1。

6). R1 的 F0/0 口收到了這份東西，先把它還原成‘?dāng)?shù)據(jù)幀’，查看幀頭，發(fā)現(xiàn)‘目的 MAC’地址正是自己 F0/0 口的 MAC地址，高興壞了，以為是誰(shuí)寫(xiě)給自己的情書(shū)呢，于是結(jié)合查看類型字段，發(fā)現(xiàn)是0800，于是知道上層被封裝的是一個(gè)IP包，它將以太網(wǎng)幀頭剝?nèi)?，將里頭的 IP 報(bào)文交上去給 IP 協(xié)議棧處理。

7).  接下去是 R1 的‘網(wǎng)絡(luò)層’的工作了，他收到下層傳遞過(guò)來(lái)的 IP 包，查看 IP 包的目的 IP 地址，發(fā)現(xiàn)目的地是 192.168.2.1，我艸，原來(lái)不是給我的是給別人的，沒(méi)辦法，R1 拿著這個(gè)地址去自己的地圖--路由表中去查找，發(fā)現(xiàn)有個(gè)目的地 192.168.2.0/24 的網(wǎng)絡(luò)，出口是自己的 FA1/0 口，下一跳地址是192.168.12.2也就是R2。

8). 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包目的 IP 地址不是自己的 R1，找到將數(shù)據(jù)送到目的地的路徑，是交給離目的地更近的192.168.12.2，而為了將數(shù)據(jù)較給同在鏈路上的 192.168.12.2，又得將數(shù)據(jù)重新封裝上以太網(wǎng)的幀頭，這次幀頭中的‘源 MAC’填寫(xiě)的是 R1 的 FA1/0 口的 MAC地址，而‘目的 MAC’寫(xiě)的是 R2 的 F0/0 口的MAC地址：

9).  妥妥兒的，數(shù)據(jù)又被R1傳遞給了R2：

10). R2 收到這個(gè)數(shù)據(jù)后，同樣的是先還原成數(shù)據(jù)幀，然后查看幀頭，結(jié)果發(fā)現(xiàn)‘目的 MAC’是自己的MAC，也挺高興，將數(shù)據(jù)幀丟給上層的 IP 協(xié)議去處理：

11). 結(jié)果一樣的，丫一看 IP頭部中的‘目的 IP’地址，擦類又不是給自己的，不管了，反正不是給自己的就對(duì)了：

12). 于是查路由表，發(fā)現(xiàn)‘目的 IP’地址 192.168.2.1 就是在自己 FA1/0 口直連的網(wǎng)絡(luò)192.168.2.0/24 中的一個(gè)IP地址，好辦了，緣來(lái)是家門(mén)口的人啊。于是它將數(shù)據(jù)再封裝上以太網(wǎng)幀頭，‘源 MAC’是自己 FA1/0 口的MAC地址，‘目的 MAC’是 Web Server 的 MAC，如果沒(méi)有 Web Server 的192.168.2.1對(duì)應(yīng)的 MAC，同樣的，還是發(fā)送ARP消息去請(qǐng)求：

13).  數(shù)據(jù)有上路了，傳遞給了 Web Server ：

14). 說(shuō)好的宏觀分析的，說(shuō)著說(shuō)著有變成微觀的了。 Web Server 收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀后，查看幀頭，‘目的 MAC’是自己的網(wǎng)卡 MAC，而且類型字段為0800：

15). 于是將這個(gè)幀頭拆開(kāi)，將里頭的‘IP 報(bào)文’交給 IP 協(xié)議去處理。

   接著 IP 協(xié)議分析這個(gè) IP 包，查看包頭中的‘目的 IP’地址，發(fā)現(xiàn)正是自己的網(wǎng)卡 IP 沒(méi)跑兒了，又發(fā)現(xiàn) IP 頭中的協(xié)議號(hào)是6，說(shuō)明這 IP 頭里包裹著的是一個(gè)TCP的報(bào)文：

16). 知道 IP 頭后面包裹的是一個(gè) TCP 報(bào)文后，它將 IP 頭剝?nèi)?，將里頭的 TCP 包拿出來(lái)，發(fā)現(xiàn) TCP頭部中‘目的端口號(hào)’是 80，這是一個(gè) well-known 眾所周知的端口號(hào)：

17). 80 端口號(hào)對(duì)應(yīng)的服務(wù)是 HTTP。PC發(fā)現(xiàn)，自己的80端口正好是打開(kāi)的，HTTP 服務(wù)正在工作，于是將TCP 頭部摘掉，露出了里頭的有效荷載，哎，終于……小姑娘終于又出來(lái)了，最終被交給了 HTTP 服務(wù)。

   這樣，一份數(shù)據(jù)最終就被傳遞到了目的地的目的應(yīng)用中。當(dāng)然，這一過(guò)程中我們依然省略了大量的細(xì)節(jié)。值得注意的是數(shù)據(jù)通信的過(guò)程是雙向的，因此 PC 發(fā)送數(shù)據(jù)到了 Web Server ，為了讓服務(wù)交互能夠正常進(jìn)行，數(shù)據(jù)還會(huì)回程，因此實(shí)際上還有一個(gè)數(shù)據(jù)返程的過(guò)程這里我們就不再分析了，原理大同小異。

關(guān)于 MAC地址 和 IP地址 在傳輸過(guò)程中變與不變的問(wèn)題

 原文鏈接：http://nanjingfm.blog.51cto.com/2121842/1179368

   我們可能注意到了在上述數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程中，MAC 地址發(fā)生了變化，但 IP 地址卻沒(méi)有變，為什么呢？

   實(shí)際上 MAC 地址在同一個(gè)廣播域傳輸過(guò)程中是不變的，在跨越廣播域的時(shí)候會(huì)發(fā)生改變的；而IP地址在傳輸過(guò)程中是不會(huì)改變的（除NAT的時(shí)候）。

   首先我們要知道，MAC 地址是用于同一物理或邏輯第2層網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備間進(jìn)行通信的；而第三層地址（IP地址）是可以在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信的。

    MAC地址是在同一個(gè)廣播域有效的，那么去了另外一個(gè)廣播域（網(wǎng)段）MAC地址肯定要改變的；在同一個(gè)廣播域中數(shù)據(jù)幀的 MAC 地址是不會(huì)變的，因?yàn)樗薪粨Q機(jī)應(yīng)該都知道該廣播域中的所有主機(jī)的 MAC 地址（如果不知道會(huì)通過(guò)被動(dòng)廣播的方式來(lái)學(xué)習(xí)到）。既然知道所有的MAC地址，那么當(dāng)我交換機(jī)收到數(shù)據(jù)幀的時(shí)候就看一下目標(biāo) MAC 地址，然后對(duì)照一下MAC地址表，從對(duì)應(yīng)的接口仍出去就好了。

   IP地址是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有效的，整個(gè) Internet 網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于是一個(gè)大的地圖，同樣知道所有的 IP 地址如何到達(dá)，那么在傳輸過(guò)程中 ‘源 IP’和‘目的 IP’也是不會(huì)改變的。當(dāng)路由器收到數(shù)據(jù)包的時(shí)候，檢查數(shù)據(jù)包的‘目的 IP’地址，然后查找路由表（路由轉(zhuǎn)發(fā)表），選擇合適的接口發(fā)出去。

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網(wǎng)站欄目：利用TCP/IP　參考模型　分析數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程-創(chuàng)新互聯(lián)
文章URL：http://m.rwnh.cn/article46/iiohg.html

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