基础概念

参考视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1tseyzCEoF?spm_id_from=333.788.videopod.episodes&vd_source=484293edcf94a55e368ecf2e0d1fbfce

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从局域网通信开始，逐步扩展到跨网络通信

第一阶段：局域网内部通信 (核心设备：交换机)

起点：MAC地址

这是网卡的“物理身份证”，全球唯一，固化在硬件中。它工作在数据链路层，用于同一个网络内部的设备标识和寻址。
一个设备发送数据时，必须知道目标设备的MAC地址。
交换机通过MAC地址学习，实现“这个设备在这个端口上”的映射。因此，MAC地址的可聚合性差，无法用于大规模网络的寻址和路由，因为路由表不可能存储全球所有设备的MAC地址。

核心交换：交换机

交换机是局域网的交通枢纽。它通过MAC地址表工作，这张表记录了“哪个接口连接着哪个MAC地址”。
通信过程：当PC1（MAC_A）想给同局域网的PC2（MAC_B）发数据时：
- PC1会先发送一个ARP广播（“谁是IP_b？请回答你的MAC地址？”），全网段设备都会收到，但只有PC2会回应，告知自己的MAC_B。
- PC1将数据封装成“帧”，目标MAC地址写MAC_B，源MAC地址写MAC_A，然后发给交换机。
- 交换机查看帧中的目标MAC_B，查询自己的MAC地址表，找到对应的端口，精准地将帧转发给PC2。
- 关键：在这个阶段，通信完全依赖MAC地址。IP地址此时只是上层的一个“逻辑标签”，交换机默认不关心它。

网络划分：子网与子网掩码

当一个局域网内的设备太多，广播（如ARP）会泛滥成灾，降低效率。这时需要用子网来分割这个大网络。
子网掩码的作用就是和IP地址配合，定义出网络边界。它由连续的1和连续的0组成（如255.255.255.0）。
判断逻辑：将源IP地址和目标IP地址分别与子网掩码做“与运算”，得到各自的网络号。
- 如果两个网络号相同，则它们在同一个子网内。通信走上述“交换机/MAC地址”流程。
- 如果两个网络号不同，则它们在不同子网。通信就不能单纯靠交换机了，必须寻求网关的帮助。

第二阶段：跨网络通信 (核心设备：路由器/网关)

出口与入口：网关

网关本质上就是一个路由器接口的IP地址。它是本子网通往外界的“大门”。
任何子网内的设备，如果想和子网外的设备通信，都必须先将数据包发送给网关（默认路由）。网关的MAC地址，是子网内所有设备通过ARP首先要知道的。

跨网导航：路由

“路由”是路由器查找路径并转发数据包的过程。路由器是网络层的设备，它依据IP地址工作，核心是路由表。
路由表就像一张地图，告诉路由器“要去往某个目标网络，下一个路口（下一跳）该怎么走”。

图中的这些 IP 地址代表了网络中各个设备接口（Interface）的逻辑标识。路由器通常有多个接口，每个接口连接不同的网络，因此每个接口都有一个独立的 IP 地址。

以下是图中主要 IP 地址的具体含义：

1.网关路由器1 (Gateway Router 1)

这是 PC1 所在网络的出口。

192.168.1.1：这是路由器的内网接口地址。它是 PC1 的“默认网关”。PC1 发现目标不在自己家（192.168.1.0 网段）时，就会把包发给这个地址。
10.0.0.1：这是路由器的外网接口地址。它连接到了中间网络，负责将包发往下一个路由器。

2.路由器2 (Router 2)

这是中间转发节点。

10.0.0.2：连接网关路由器 1 的接口地址。它与 10.0.0.1 处于同一个中间网段。
10.0.1.1：连接网关路由器 2 的接口地址。它负责将数据推向服务器的方向。

3.网关路由器2 (Gateway Router 2)

这是服务器所在网络的入口。

10.0.1.2：接收来自路由器 2 数据的接口地址。
10.1.1.1：这是服务器所在网络的网关地址。它是该网段（10.1.1.0/24）的管理者。

总结：

192.168.1.10 (PC1) 和 10.1.1.100 (服务器)：是通信的起点和终点（源和目的 IP，全程不变）。
中间的 IP（如 192.168.1.1, 10.0.0.1 等）：是通信路径上的中转站门口。
- 靠近发送方的是接口是“接纳口”。
- 靠近接收方的接口是“转发口”。

这些 IP 地址构成了路由表的基础，路由器通过查询目标 IP（10.1.1.100）属于哪个网段，来决定从哪个“门口”（接口 IP）把数据包扔出去。

在该场景中：

交换机：连接 PC1 和网关路由器，在同一子网（192.168.1.0/24）内转发
网关路由器：连接 PC1 所在网络和外部网络，负责跨子网转发

网络层(IP协议)本身没有传输包的功能，包的实际传输是委托给数据链路层，也就是以太网中的交换机来实现的。

简单说：IP协议负责决定“要去哪儿，走哪条路”, 负责将数据包从源主机，经过一系列由路由器组成的异构网络，最终传送到目标主机；而以太网等链路层协议则负责“在当前的这一段路上，怎么把货搬过去”, 负责同一条物理链路（或同一个广播域）上两个直接相连的节点之间的可靠或不可靠帧传输。

路由器的工作是“拆信 + 看新地址 + 重新封装”。它拆掉旧的链路层帧头（源/目标MAC），查看内部IP包的目标地址，规划路径，然后用新的链路层帧头（新的源/目标MAC）重新封装这个IP包，发给下一站。

交换机的工作是“本地分发”。它只看MAC地址，不关心IP，在一个网络内部进行快速转发。

交换机（Switch）：
- 工作在数据链路层（L2）
- 根据 MAC 地址转发数据帧
- 在同一网络/子网内转发，用于同一链路/子网内的物理寻址
- 不处理 IP 地址路由
网关路由器（Gateway Router）：
- 工作在网络层（L3）
- 根据 IP 地址转发数据包
- 连接不同网络/子网
- 作为网络的出口，连接外部网络
MAC地址
- 数据链路层（第2层）的物理地址
- 标识网卡硬件
- 用于同一网络内的直接通信，类似“门牌号”，用于本地直接送达
- 交换机依靠它进行端口转发。帧在每次经过路由器时都会被重写。
IP地址（Internet Protocol Address）
- 网络层（第3层）的逻辑地址
- 用于跨网络路由
- 全局的逻辑寻址，用于标识网络和设备在整个互联网中的位置
- 是路由的依据。子网掩码用于划分其网络部分和主机部分, 判断“通信目标是否在同一子网”的标尺，决定了数据包是发给交换机还是网关。
网关
- 子网的出口点，通常就是连接本子网的路由器接口的IP地址。
- 所有出子网的流量都必须发往它。是连接二层交换和三层路由的桥梁。

设备通过子网掩码判断目标是否在同一子网。如果在，则利用交换机和MAC地址直接通信。如果不在，则将数据包发给网关（路由器），路由器通过查询路由表，根据IP地址在不同网络间跳转，并在每一跳重写MAC地址，最终将数据送达目标网络。

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