二层三层网络协议-网关

 

局域网的电脑想连接外网有两个办法
1.找一台电脑，安装两个网卡，一个连内网，一个连外网，然后所有人都连这台机器做跳板
2.找个路由器
1和2原理是类似的，只是1是用程序实现的，2是嵌入式的系统

IP数据包格式

IP格式里面有源IP，目标IP
版本就是IPv4和IPv6，TOS是服务优先级，根据TOS的不同，会放入优先级不同的队列中
偏移量是IP分片时候用的
TTL是就是icmp里面那个TTL，用作生存周期，协议就是传输层的UDP和TCP

如果要访问的目标IP跟自己是一个网段的，就不用经过网关了
1.先通过ARP协议获取目标端的MAC地址
2.根据CIDR就可以判断出目标端IP和自己是否在一个网段内了

3.源IP直接发送数据给目标端IP即可

 

如果访问的不是跟自己一个网段的，就会先发给网关，然后再由网关发送出去，网关就是路由器的一个网口
网关一般跟自己是在一个网段内的，通过ARP获得网关的mac地址，就可以发送出去了
网关一般是路由器，然后根据一定的规则再转发出去
转发的规则有  
静态路由
动态路由

静态路由协议根据已经配置在路由器中的转发规则表确定的

网关转发出去根据源IP地址是否改变分成两种
1.转发网关
2.NAT网关

 

转发网关

整个过程如下
服务器A想访问服务器B，发现不是同一个网段的，于是通过ARP获取网关的mac地址
服务器A ->192.168.1.1这个网关的数据包
源mac:  服务器A的mac
目标mac:192.168.1.1这个网关的mac
源ip:  192.168.1.1

目标ip:192.168.4.101

192.168.1.1 网关发现mac一致，将数据包收下后，根据静态规则，就通过192.168.56.1这个网口转发，下一跳是192.168.56.2
通过ARP获取192.168.56.2的mac后，再次转发
网关A -> 网关B 的数据包
源mac:  192.168.56.1的mac
目标mac:192.168.56.2的mac
源ip:   192.168.1.101
目标ip: 192.168.4.101

数据包达到网关B之后，这时候已经没有下一跳了，根据转发规则，就是右手边这个网段
于是从192.168.4.1这个网关发出去，发给192.168.4.101
网关B -> 192.168.4.101 的数据包
源mac:  192.168.4.1的mac
目标mac:192.168.4.101的mac
源ip:   192.168.1.101
目标ip: 192.168.4.101
最后数据包达到B，mac地址，ip地址都匹配，就会处理这个数据包
整个过程中，都是源mac，目标mac再变，但是ip都没变

 

 

NAT网关

服务器A 想访问 服务器B，但他们两的ip是一样的
都是192.168.1.101，简直是自己访问自己
其实是两边都是内网网络，就导致了ip冲突了，服务器A想访问服务器B，就只能访问B的外部网关
B的外部网关192.168.56.2，之后可能需要加上端口之后的，网关B就会根据端口再做转发

服务器A -> 192.168.1.1的网关
源mac:  服务器A的mac
目标mac:192.168.1.1这个网口的mac
源ip:   192.168.1.101
目标ip: 192.168.56.2


192.168.1.1这个网口收到数据包之后，根据转发规则，要交给192.168.56.1这个网口，下一跳就是
192.168.56.2,
192.168.56.1 -> 192.168.56.2
源mac:  192.168.56.1的mac
目标mac:192.168.56.2的mac
源ip:   192.168.56.1
目标ip: 192.168.56.2


数据包达到192.168.56.2这个网口后，根据转发规则应该是交给192.168.1.1这个网口
再根据NAT映射的规则，这个数据包是要交给内网机器 192.168.1.101的
192.168.1.1 -> 服务器B
源mac:  192.168.1.1的mac(网关B)
目标mac:192.168.1.101的mac
源ip:   192.168.56.1
目标ip: 192.168.1.101


最后服务器B就是收到了这个数据包，这个过程就是NAT
NAT的全程是 Network Address Translation
一般家用路由器都是NAT转发的，NAT也有session的，会标识出源机器的session，再转发回去

NAT的两种方式，左图是旧的实现方式，需要很多IP出口，现在一般是用TCP/UDP端口来区分源端机器

1)NAT可以作为代理，比如应用层的WEB代理，也可以作为转发(过滤)数据包
2)NAT对外隐藏了内部网络拓扑
3)对TCP程序，NAT内部会维持一个连接，定期发送keepalive->内部机器,发送keepalive->外部机器
4)对于SYN连接，NAT内部也会维持一个计时器连接，当超时后就丢弃这个SYN
5)功能强的NAT会记录IP的分片，也就是做到有状态的
6)ICMP通过一个id，类似TCP和UDP端口的标识，来跟NAT通讯
7)IPv6不需要节省IP，NAT本身的复杂性很多人建议IPv6不要用NAT
8)NAT不仅修改IP和TCP层的，对于FTP，可能要修改载荷，也就是修改应用层的部分
9)较新的发展方向是ISP级别的NAT，也就是运营商级别的NAT，目的是进一步缓解IPv4压力，但可能有安全
隐患问题

NAT可以让内部机器A 访问 外部机器B，但是外部机器B 不能和 机器A直接通讯，这就牵扯到NAT打洞的问题了

最终要实现机器A和机器B的互联互通，也就是NAT穿越

NAT用来解决IPv4 -> IPv6共存和渡过的问题

 

 

 

 

 

 

参考

IP分片浅析

静态路由和动态路由的各自优缺点

whatismyip

NAT与NAT穿越学习总结--ICE过程讲的不错