基础笔记一(网卡和路由器)

一、说网卡

网卡,一个超级常见的基础配件,不知道网卡的人必然与网络的接触少之又少 。

他的主要作用是传递信件,每一个网卡都是有全球唯一标识的ID的,这个ID被成为MAC地址,然后类似这样11:27:F5: 8A:79:54(也可以直接称呼TP-Link 7954).当用网线接入的时候才会有网,而需要给其他网卡发消息,就需要有一个ip地址,而IP地址是靠着DHCP来自动分配的。

当系统需要向外发送消息的时候 ,给数据链路层的网卡发一个消息包(里面包含了DHCP的报文(最终的消息),UDP报文,IP的报文,这个有些复杂,大学有本《通信原理》专门讲的很细致的发送过程)。网卡是通过指定的MAx地址来找到收信者的,没有指定的MAC地址就将其以广播的形式发信。

而广播的话,是广播到同一子网内的所有电脑,网卡会将消息包再进行一层将以太网帧包装在最外层,用于和交换机通信。交换机和网卡 之间用网线连接起来了。接着局域网内的所有的DHCP都收到了广播,告诉系统可用的IP地址,系统确认回复使用哪一个IP地址。DHCP告知IP地址,网关路由器地址(192.168.1.1) , DNS服务器的地址( 202.102.224.69)。接着会内存会将IP记下。

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议)

访问域名的时候需要使用DNS来解析成IP地址,当cup从内存那里获取到了DNS的地址,会让网卡向网关服务器(DHCP地址也是)发送信件,但是网卡只辨识MAC地址,而网关服务器的地址一般为IP地址,这样就需要ARP(地址解析协议)来通过广播查询一个IP对应的MAC地址。ARP可以把下面的消息广播出去, 这个子网内的所有机器都会收到, 网关路由器也不例外, 他收到以后,一看是查询自己的MAC地址,  就会创建一个ARP的应答。然后网卡就可以看见对应IP的MAC地址了。接着网卡就将 信件发给了网关服务器。

网关管局域网的事情, 出了局域网, 那就是路由器的事情了, 路由器能抽取这个DNS查询的数据报, 看到收件人是例如:202.102.224.69  (DNS服务器)。然后浏览器就开始TCP连接, 然后通过TCP 发送HTT GET请求,请求对应网址的页面。

二、说路由器

我们知道网卡TP-Link 7954 需要将 数据包 通过 交换机 发给  网关路由器,通过 网关路由器 才能获取到外网的Ip地址,真正实现上网 。

网关路由器有两层身份一个是路由器,一个是DHCP服务器。而路由器(Route)的职能就是  将数据从一边发送到另一边,实现网络互联,其支持局域网和广域网接口,让 各个不同网络 相互通信。其中实现方式有三:静态转换NAT、动态转 换NAT、端口多路复用PAT。

再透露路由器还有两项绝活,一个是数据处理,其可以对数据 分组过滤,分组转发,优先级,复用,加密,压缩 和 防火墙等。另一个是网络管理,路由器他可以进行配置管理,性能管理,容错管理,流量控制。

而为了完成 “路由” 这个工作,其实路由器是 将各种传输的相关数据按照 静态和动态 之分存放在路由表之中的。这个路由表中保 存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。当路由器需要传输数据的时候,就可以根据路由表里的数据进行传输。

什么是NAT,NetWork Address Translation( 网络地址转换) 。那得从网卡通过交换机将数据包发给路由器之后开始讲起,路由器 拿到了数据包,拆开以太网帧,在IP数据层看见目的地址之后就得到需要发送的目的地,因为是路由器通过得到移动运营商的外网IP地址来连接外网的,所以路由器会将数据包里面的IP数据报的源地址和TCP数据报里面的端口替换成  路由器自己的。然后将以太网帧的源MAC地址改成自己的MAC地址,目的地 地址改成外网的地址。画了一个草图,希望提高理解度。      

之后路由器就会将数据包发到对应的外网地址,而这种替换源地址和源端口的小把戏就叫做网络地址转换 , 简称为NAT。因为不只一个网卡通过路由器上网,所以接着路由器接收到外网的请求,所以路由器会将每个网卡的ip地址和端口记录下来,对应上自己替换的ip和端口, 这张记录的表被称为NAT转换表。当外网做出回复,路由器 再次根据NAT转化表找到对应的网卡地址将其地址替换回去。

提及一下NAT穿越,之前网卡都是通过路由器通过NAT的方式连接外网的,这只是作为一个客户端,当其想作为服务器的时候(P2P 网络机器是对等,不仅仅是一个发起请求下载数据的客户端,  同时也是一个能够接受请求,向外发送数据的服务器)就会对外连接不上其他的服务器,这也就是使用了NAT的TCP/IP的主机之间的连接,叫做NAT穿越。其较为令人熟知的有三种方法:STUN(Simple Traversal of UDP Through NAT)、TURN(Traversal Using Relay NAT,通过Relay方式穿越NAT)、ICE(Interactive Connectivity Establishment    互动式连接建立,其为框架,整合STUN和TURN协议)。

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