网络技术入门（二）：两个主机（客户端和服务器）通信过程(宏观过程)运维qq27096221的博客-

自己写文章习惯性在每一个小节上做总结，有时候方便理解可以先看总结的内容。
本章从宏观(硬件)角度看两个主机之间的通信过程。

本系列文章
网络技术入门（一）：网络技术基本认识
网络技术入门（二）：两个主机（客户端和服务器）通信过程(宏观过程)
.待更新
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本章需要了解的概念以及他们的作用： 1 IP地址，子网掩码，网关，DNS服务器IP地址，MAC地址 2 集线器，交换机，路由器 3 ARP缓存表，MAC地址表，路由表 4 互联网中两个主机之间通信时，以上概念在通信过程中作用和所担任的角色  这里啰嗦几句。有时候我们去记这些概念总会忘。主要还是没有深入了解他们的作用。 比如客户端给服务器发送请求。需要什么，需要目标IP地址（ip+端口号）和目标主机MAC地址。 为什么会需要IP地址和MAC地址？ 1 通过目标IP地址能找到目标主机所在的子网络（局域网） 2 通过目标MAC地址（物理地址，写在网卡bios上）可以在目标子网络中找到目标主机 3 通过端口号可以在目标主机上找到目标进程（服务）  所以只有真正理解了概念在当前系统中所担任的角色和作用，才会真正的记住她。 

本章通过两个场景说明了两个主机之间的通信过程。同一局域网内两个主机通信；不同局域网内两个主机通信。
本章的思路
1 两个主机通信涉及到的配置和硬件（其实互联网总中所有通信都会涉及到）
2 一个主机向两一个主机发送数据包宏观过程

一、 两个主机通信涉及到的配置和硬件

因为从硬件角度说明两个主机之间的通信，就需要涉及到几个概念：

了解了以下概念在网络交互中的作用，就对整个网络交互有了宏观上的认识，这里要划重点（单纯看概念不是很好理解，配合后面主机交互过程更好掌握）

1 配置相关

配置相关：
1) 本机的IP地址：由管理员分配，用来标识互联网上每个网络或者主机的逻辑地址。（物理地址是MAC地址）。 通过IP地址，才能在互联网中找到该主机所在的子网络(局域网) 通过MAC地址，才能找到子网络中目标主机（网卡）
2) 子网掩码：子网掩码需要和目标IP地址配合使用，说明该目标IP是在局域网上还是广域网上。
3) 默认网关（网关的IP地址）：网关是默认的数据出口。如果你的数据不知道往哪里走的话，那么他会去默认网关那里报道（关于默认网关后续文章会说明）
4) DNS服务器（DNS的IP地址）： 域名系统协议，主要用于域名与 IP 地址的相互转换。已知域名来获取对应IP地址或已知IP地址获取对应域名。

上图是计算机网络相关的属性配置图，无论是动态（自动）获取还是静态设置，以上四个属性都是计算机上网不可或缺的。

2 硬件相关

硬件相关：
1) 主机：个人计算机，服务器，打印机等有网卡的设备。
2) 交换器：负责同一子网中不同主机间通信，是根据MAC地址表转发数据帧的。有目的的转发或广播
3) 集线器：负责同一子网中不同主机间通信，是根据MAC地址表广播数据帧的。只能广播
4) 路由器：负责不同网络之间的通信。

ARP协议：地址解析协议，已知目标ip地址来获取目标mac地址

下面用两张图方便理解主机ARP表、MAC地址表和路由表在网络框架中的位置，对应的设备和对应的工作层次。其实在主机上也有路由表，在路由器上也有ARP表这里暂不说明。

这里先先概念做总结，到底
1 IP地址，mac地址，子网掩码，DNS服务器地址这些有什么作用，如何工作的？
2 交换机，路由器在网络通信中担任什么样的角色？
3 ARP缓存表，MAC地址表，路由表在网络通信中有什么作用？
最后一个小节会详细说明。

总结
ARP缓存表：
记录着局域网内其他主机的IP地址与MAC地址的对应关系。
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MAC地址表：
记录着MAC地址与接口的对应关系。
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路由表：
记录着一个子网络到另一个子网络的路径。目的IP地址，下一个路由器地址，网络掩码等

总结
路由器：
1 连接互联网中的不同子网络。
2 实现互联网中不同子网络之间的数据转发。
3 分配IP地址
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交换机（单播或广播）和集线器（广播）：
1 连接局域网中的不同主机。
2 实现局域网不同主机之间的数据交换。
3 分配网络数据

总结
1 DNS:
域名系统协议，主要用于域名与 IP地址的相互转换。已知域名来获取对应IP地址或已知IP地址获取对应域名
2 ARP协议:
地址解析协议，已知目标ip地址来获取目标mac地址

二 两个主机通信过程

参考上图，互联网中主机和主机之间的网络通信无非以下两种情况。这里只描述客户端向服务器发送请求的宏观过程(服务器返回响应包的过程一样)
1 同一子网络内主机通信：子网络A中的主机A，向子网络A中的主机B发送数据包过程
2 不同子网络内主机通信：子网络A中的主机A，向子网络B中的主机甲发送数据包过程

关于两个主机通信过程，建议先看文章最后的部分 简化版的通信过程，便于理解!!!

主机A给另一个主机发送数据包的时候，首先会拿到目标主机的IP地址（你要问如何拿到，嵌在web页面，app写死在代码或者通过请求拿到等）

1 如果我们的请求地址是域名形式，需要先请求DNS服务器获取对应的IP地址
2 主机A会用本机配置24位子网掩码和目标IP地址进行“与”运算（具体计算过程自行查阅）。计算出目标IP与本机是不是在同一网段(同一局域网内)。

1 如果在同一网段：同一子网络内主机通信（以下图主机A与主机B通信为例）

这里有两种情况，在主机A的ARP表中，能查到目标主机MAC地址和查不到目标主机MAC地址的情况：

情况1：
1 主机A查询 ARP表（目标IP与目标MAC地址关系表）， 如果查询到了目标主机B的MAC地址，发送数据帧。
2 交换机收到数据帧，先记录源mac地址和对应接口(接口为f 0/1)（这个过程主机A的MAC地址就被记录到交换机 MAC地址表中了，下次有其他主机发送数据包到主机A，可以直接查询MAC地址表，通过MAC地址就直接找到主机A对应的接口，从而能和主机A直接通信了）。
3 查询MAC地址表中是否有目标主机B的mac信息，如果有将数据帧发送出去(单播)
4 主机B收到广播后会响应
5 交换机收到数据帧，会记录数据帧中的源MAC地址(也就是主机B的MAC地址)，这时，再当主机A和主机B通信时，交换机根据MAC地址表中的记录，实现单播了。

情况2
1 主机A查询 ARP表（目标IP与目标MAC地址关系表）， 如果没有查询到，发送ARP请求
2 如果没有查询到了mac地址， 发送ARP请求(ip是目标主机ip，mac地址是广播帧 FF-FF-FF-FF-FF-FF)
3 交换机收到广播帧，会在子网络内广播(出了发送方)
4 主机B收到广播帧，校对IP是否是自己，记录主机A的ip和mac地址，发送arp应答(包括自己的mac地址)（这里在同一网段内除了主机A的所有主机，主机B，主机C，主机D都会收到广播帧，但是只有主机B会处理）
5 主机A收到应答，在自己的ARP缓存表中记录主机B的ip和mac地址
6 而此时交换机已经学习到了主机A和主机B的MAC地址了，实现单播了。

总结：
在同一网段中两个主机数据交换时，如果主机A的ARP表中有主机B的IP地址和MAC地址对应关系，只需要发送一个数据包的请求；如果没有查到主机B相关的IP地址和MAC地址对应关系，需要先广播一个ARP请求获取主机B的MAC地址，然后再发送数据包请求。

2 如果不在一个网段：不同子网络内主机通信（以下图主机A与主机甲通信为例）

如上图：
不在同一网段的情况，主机A向主机甲发送数据包，需要知道主机甲的 IP地址和网关MAC地址

1 主机A通过发送ARP请求，获取网关MAC地址。这时就有了目标主机B的IP地址和网关MAC地址。主机A会更新本地的ARP缓存表
2 使用主机B的IP地址和网关MAC地址转发数据包，发送数据。
3 交换机收到数据包，会把网关MAC地址和接口更新到MAC地址表。
3 数据包经由子网络A的交换机到网关，再到路由器，路由器经过各种转发，找到主机B所在的子网络B。（现在通常指的网关就是路由器的IP）
4 子网络B中交换机接收到数据，会查询MAC地址表
5 查询到主机B的MAC地址与接口对应的关系。数据转发到主机B
6 主机B会更新本地的ARP缓存表，记录主机A的IP地址与MAC地址。
7 数据包应答过程和发送过程一样

关于两个主机通信过程，如果觉得上面描述不够简洁，可以直接看下面简化的描述方式：

主机A向目标主机发送报文的简化过程：
根据目标主机IP地址和本机的子网掩码判断，目标主机和主机A是否在一个子网内

情况1：在同一个子网络内

1 查询本地ARP缓存表，找到目标主机B的IP地址和对应的MAC地址后就会进行数据传输。
2 查询本地ARP缓存表，没有找到目标主机B的IP地址和对应的MAC地址，广播一个ARP请求，拿到主机B的MAC地址后，进行数据传输
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情况2：不在同一个子网络内

1 查询本地ARP缓存表，找到目标主机B的IP地址和网关MAC地址后就会进行数据传输。
2 查询本地ARP缓存表，没有找到目标主机B的IP地址和网关MAC地址，广播一个ARP请求，拿到网关> MAC地址后，进行数据传输

总结：
如果感觉上面理解太麻烦，可以这样理解
1 主机A和主机B在同一个子网络，主机A向主机B发送数据，需要知道主机B的MAC地址和主机B的IP地址
2 主机A和主机B不在同一个子网络，主机A向主机B发送数据，需要知道网关的MAC地址和主机B的IP地址
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