OSI层：以太网和IP地址

网络工程 转变 路由器 ip 奥西 IP地址
2021-07-30 07:17:24

我想了解主机将数据传输到本地 LAN 中的另一台主机与主机将数据发送到远程 LAN 中的另一台主机的区别。我正在读的一本书引用了这个”

“...了解路由器，在网络层工作，不关心特定房屋的位置。他们只关心网络的位置以及到达它们的最佳方式。”

另一部分说：

“...每次在路由器之间发送数据包时，数据链路层都使用硬件寻址。每次在路由器之间发送数据包时，它都会稍后在数据链路上与控制信息一起构成帧。但是，该信息在接收路由器&只有原始的packet是完全完整的。这个数据包的这种框架在每一跳中都会继续，直到数据包最终被传送到正确的接收主机。”

自绘网络图

使用上图作为参考，我有一些问题：

  1. 是不是这样说，当Alice想向Charlie传输数据时，过程是这样的：

    • Alice 的数据包将包含 Alice IP 地址（SOURCE）和 Charlie 的 IP 地址（DESTINATION）。该信息被传递到数据链路层。
    • 在数据链路层，添加了 Alice MAC 地址（SOURCE）和 Charlie 的 MAC 地址（DESTINATION）。
    • 数据将被传输到交换机 A。交换机 A 检查目标 MAC 地址，并且由于交换机 A 知道 Charlie 所在的位置，它将数据传递到 Charlie 连接到的相应接口。
    • Charlie 将检查目标 MAC 地址以查看其是否正确。如果正确，它会将数据传递给网络层
    • 在网络层，数据链路层信息被剥离，查理检查目标 IP 地址。如果正确，查理将接受数据。

那是对的吗？

  1. 当 Alice 想向远程 LAN 中的主机发送数据时，在这种情况下，Bob，

    • Alice 是否将 DESTINATION IP ADDRESS 作为 ROUTER A IP ADDRESS（路由器 A 是默认网关）？因为 Alice 不知道 Bob 的 IP 地址，只有远程路由器 B 知道。

    • 目的MAC地址是BOB电脑的MAC地址吗？或者 Alice 连接到的交换机 A 的接口的 MAC 地址？

    • 这是否意味着当数据从路由器A传输到路由器B时，数据中的MAC地址被忽略了，路由器关心IP地址，知道将数据路由到哪里？

我希望我的问题有意义。在进入主题之前，我试图让我的基本知识正确。对不起，如果我的英语不好。

2个回答

首先 - 你的英语在我看来非常好。其次，您对桥接（问题 1）的总结以及您对该主题的理解非常好。我可能会说一些略有不同的说法，但您的总结是公平的，而且您的理解似乎很好。

让我们在这一点上做一个假设以保持简单——这都是以太网和 IP。

话虽如此，我将添加到您的桥接总和中的两个步骤可能会稍微澄清您对路由（问题 2）的理解：

  1. 当您的网络堆栈传递数据进行传输时，会完成路由表查找（IP 网络上的每个设备都包含一个路由表 - 从命令提示符查看它 - 在 linux 上键入“route”，在 windows 上键入“route print” ".)来确定两件事：

a) 将数据传输出去的接口

b) 如果目的地是可直接到达的或者是远程的（在路由器之外）。

  1. 一旦确定了路由，网络堆栈将为 MAC 地址进行 ARP。

因此，当 Alice 向 Charlie 发送数据时，她会进行路由查找 - 确定他的机器可以在 LAN 上直接访问。然后她为他的 MAC 地址发送 ARP。一旦确定了路由并获得了 MAC 地址，网络堆栈就可以组装数据包进行传输。您提到的此特定对话仅在检查目标 MAC 时遍历交换机 A。

现在我们已经更好地充实了问题 1，让我们将其中一些概念应用于问题 2。

当 Alice 希望向 Bob 发送数据时，第一步是路由查找。确定 Bob 不在 LAN 上。因此到 Bob 的路由是默认路由（假设路由器 A 是这样配置的）。（正如你的书指出路由器 A - 以及扩展爱丽丝 - 不知道鲍勃在哪里。他们只知道一般方向 - 或“路由”。）所以爱丽丝路由器 A 的 ARP。然后将数据包与目标 IP 地址组合在一起Bob 的（网络层）和路由器 A 的 MAC 地址（数据链路层）。收到此数据包后，路由器 A 1）剥离 Alice 的 MAC 地址（数据链路层） 2) 进行路由查找 3) 路由器 B 的 ARP 4)然后用路由器 B 的 MAC 地址重新组装数据包。路由器 B 为 Bob 重复这些步骤 ARPing 并转发数据包。

所以网络层是在开始时组装的——源 Alice 和目标 Bob——永远不会改变。另一方面，数据链路层被删除并重新组装行程的每一段。

在 1):

  • Alice 查看 dst IP/前缀，如果它认为它是本地子网，则会在她的 ARP 查找表中查找 Charlie 的 IP 的 MAC
  • 如果有，则发送数据
  • 如果没有，爱丽丝发出一个 ARP 广播，即：“谁拥有查理 IP 的 MAC？”
  • Charlie 用他的 MAC 响应并发送数据
  • 如果 MAC 数据不正确，查理将永远不会收到帧

在 2):

  • Alice 将 dst 地址放入 IP 数据包中。src 和 dst 地址永远不会改变（除非你在做 NAT 或其他诡计）
  • Alice 将她默认网关的 MAC 地址放入以太网帧
  • 为简单起见，我们只说 Alice 的默认网关 (rtr A) 将在其路由表中有一条路由，说明“Bob 所在的子网是通过路由器 B 的 IP 地址”
  • 然后，rtr A 将使用与 Alice 的计算机在查找 Charlie 时相同的 MAC 查找方案来查找 rtr B 的 IP，一旦找到，数据包就会从 rtr A 发送到 rtr B
  • rtr B 的远端与 Bob 在同一个子网上，所以再次进行 MAC 查找，最后 rtr B 将数据包发送给 Bob

编辑：本地子网上的 ARP 查找示例。

首先，我查看本地机器的 (10.0.48.1) ARP 表，发现没有 10.0.0.7 的条目：

$ arp | grep 10.0.0.7
# no output

因此，在使用tcpdump（使用我的本地 MAC 作为 src 和 dst（捕获传出帧和传入帧））在线侦听时，我在不同的终端窗口中从本地机器 ping 10.0.0.7。第一次 ping 有时会失败，因为它必须执行 ARP 查找：

$ ping 10.0.0.7
PING 10.0.0.2 (10.0.0.7) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.0.0.7: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.430 ms
^C

在tcpdump窗口中，您可以看到我开始 ping 后发生的情况：

$ sudo tcpdump -nn -i eth0 arp and ether src a0:d3:c1:0e:73:68 or ether dst a0:d3:c1:0e:73:68

10:23:55.576782 ARP, Request who-has 10.0.0.7 tell 10.0.48.1, length 28
10:23:55.576950 ARP, Reply 10.0.0.7 is-at 00:21:9b:65:c9:b9, length 46

命令启动后的第一行，我的电脑发出“who-has 10.0.0.7 tell 10.0.48.1”。10.0.48.1 是我的电脑。此后，远程计算机用其 MAC 地址“10.0.0.7 is-at ...”进行响应。

查找和回复后，我的本地ARP表更新了。此条目将保持存在并且不需要对该 IP 的 MAC 进行另一次查找，直到该 IP 发生 ARP 缓存超时（Ubuntu 上的默认值为 60 秒）：

$ arp -a | grep 10.0.0.7
? (10.0.0.7) at 00:21:9b:65:c9:b9 [ether] on eth0
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