交换机和路由器通信
交換機和路由器通信
1、交換機和路由器區別
交換機主要是用于組建局域網，而路由器則是負責讓主機連接外網。
2、局域網間通信
例子1：
1． PC1與PC2通信時，在PC1電腦中，應用層產生數據交給傳輸層；傳輸層進行數據的分段，使數據的大小適合在網絡上傳遞，根據應用層不同軟件產生的數據，選擇不同協議棧進行封裝TCP或UDP,再進行不同服務端口號的封裝（例：WWW 80 ,FTP 21），再傳遞給網絡層；網絡層在數據包頭部進行封裝源IP、目的IP，根據上層協議棧標識不同協議號，當IP包頭封裝TCP時協議號為6、UDP協議號為17，用來標識上層使用的協議，繼續傳遞給數據鏈路層； 數據鏈路層在數據包頭部進行幀的封裝，封裝源MAC、目的MAC,由于不知道目的MAC地址，會進行ARP的廣播包，封裝一個全F的類型字段為0X0806廣播包，交付給物理層，物理層轉換成電信號（bit流），發送到交換機；
2． 交換機接收后發現為ARP的廣播包，進行其解封學習到PC1的MAC地址，繼續封裝并除接受端口以外的端口再次進行ARP的廣播；
3． 路由器收到交換機發來的ARP廣播，進行解封，查看到數據包中的類型字段為0X0806即ARP的廣播包，進行回復，源MAC為路由（網關）的MAC,目的MAC為PC1的MAC，類型字段為0X0806，經過物理層將數據轉換為電信號（bit流）發送給交換機；
4． 交換機收到后進行解封，學習到源MAC（路由器的MAC ），發現目的MAC已經存在自己的MAC表中，查看目的MAC對應的端口，并從對應的端口發送到PC1;
5． PC1接收數據包后進行解封，學習到路由器(網關)的MAC，在數據鏈路層將目的MAC封裝為路由器（網關）的MAC, 類型字段為0X0800,并在數據幀尾部封裝FCS,來校驗數據的完整性，然后向下層傳遞給物理層，物理層把數據幀轉換成電信號（bit流），發送到交換機；
（注：不同網段的通信，PC機先把數據傳送到網關）
6． 交換機接收到數據包，查看到目的MAC已存在自己的MAC表中，根據自己MAC表中對應的端口發送出去；
7． 路由器接收到數據包后進行解封裝，在數據包頭部發現目的ip，便查找路由表條目中對應的端口，便對數據進行重寫，由于不知道目的主機的MAC地址，路由器會發送ARP廣播，PC2收到數據包進行解封，發現是ARP廣播，類型字段為0X0806，
然后對其進行封裝回復，源MAC為PC2的MAC，目的MAC為路由器的MAC，路由器收到后把PC2對應的MAC地址和端口記錄在MAC表中，
8． pc2接受到信息，便對數據進行解封裝，發現目的ip是給自己的，然后繼續解封裝，然后把數據傳送給應用程序qq。然后對路由回復，在傳輸層設源端口號為8000，目的端口號為4000，封裝udp頭部。在網絡層將源ip設為192,。168.2.1，目的ip設為192.168.1.2，協議號為17，在數據鏈路層將源mac設為12個3，目的mac設為12個1，類型字段為0x0800，封裝FCS，然后經物理層將數據轉為bit流傳給路由器，路由器再查找路由表，并對數據進行重寫，從f0/0傳送出去，交換機解封裝，查找mac表，再對數據進行封裝，從f0/0傳送給pc1.通信完成。
例子2：
1)HostA在網絡層將來自上層的報文封裝成IP數據包，其中源IP地址為自己，目標IP地址是HostB，HostA會用本機配置的24位子網掩碼與目標地址進行“與”運算，得出目標地址與本機不是同一網段，因此發送HostB的數據包需要經過網關路由A的轉發。
2)HostA通過ARP請求獲取網關路由A的E0口的MAC地址，并在鏈路層將路由器E0接口的MAC地址封裝成目標MAC地址，源MAC地址是自己。
3)路由器A從E0可接收到數據幀，把數據鏈路層的封裝去掉，并檢查路由表中是否有目標IP地址網段(即192.168.2.2的網段)相匹配的的項，根據路由表中記錄到192.168.2.0網段的數據請發送給下一跳地址10.1.1.2，因此數據在路由器A的E1口重新封裝，此時，源MAC地址是路由器A的E1接口的MAC地址，封裝的目標MAC地址則是路由器2的E1接口的MAC地址。
4)路由B從E1口接收到數據幀，同樣會把數據鏈路層的封裝去掉，對目標IP地址進行檢測，并與路由表進行匹配，此時發現目標地址的網段正好是自己E0口的直連網段，路由器B通過ARP廣播，獲知HostB的MAC地址，此時數據包在路由器B的E0接口再次封裝，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目標MAC地址是HostB的MAC地址。封裝完成后直接從路由器的E0接口發送給HostB。
5)此時HostB才會收到來自HostA發送的數據。
3、局域網內通信
ARP協議：ARP協議是工作在網絡層的協議，它負責將IP地址解析為MAC地址。
1)如果主機A想發送數據給主機B，主機A首先會檢查自己的ARP緩存表，查看是否有主機B的IP地址和MAC地址的對應關系，如果有，則會將主機B的MAC地址作為源MAC地址封裝到數據幀中。如果沒有，主機A則會發送一個ARP請求信息，請求的目標IP地址是主機B的IP地址，目標MAC地址是MAC地址的廣播幀(即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，源IP地址和MAC地址是主機A的IP地址和MAC地址。
2)當交換機接受到此數據幀之后，發現此數據幀是廣播幀，因此，會將此數據幀從非接收的所有接口發送出去。
3)當主機B接受到此數據幀后，會校對IP地址是否是自己的，并將主機A的IP地址和MAC地址的對應關系記錄到自己的ARP緩存表中，同時會發送一個ARP應答，其中包括自己的MAC地址。
4)主機A在收到這個回應的數據幀之后，在自己的ARP緩存表中記錄主機B的IP地址和MAC地址的對應關系。而此時交換機已經學習到了主機A和主機B的MAC地址了。
4、總結
1)每個主機內都有ARP表。
2)交換機主要是轉發數據的，根據MAC表，轉發給指定接口，MAC表沒有的話從非接受接口發送出去(也就是廣播)。
3)局域網內通信是通過交換機的（同功能的），假如主機ARP表中沒有目標MAC地址，發送ARP請求信息到交換機，交換機有的話直接回，沒有的話就廣播等目標返回，更新ARP表。源主機得到目標MAC重新填充數據包發送給交換機轉給目標主機。
4)局域網間的通信通過路由器，目標主機在另一網絡，這里可以將路由器看出目標主機，源主機發送ARP請求到交換機->路由器，路由器返回更新交換機和源主機的MAC表和ARP表，源主機將數據發送到路由器，檢查路由表是否有目標網段相匹配的項，重新封裝包，源MAC為路由MAC，目標MAC為目標路由2MAC，當到達路由2，對目標IP地址進行檢測，并與路由表進行匹配，此時發現目標地址的網段正好是自己E0口的直連網段，路由器B通過ARP廣播，獲知HostB的MAC地址，此時數據包在路由器B的E0接口再次封裝，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目標MAC地址是HostB的MAC地址。封裝完成后直接從路由器的E0接口發送給HostB。
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總結
