IP、MAC地址，交换机路由器，ARP、NAT协议串讲

MAC地址在数据链路层工作，是绑定物理网卡，出厂时决定，是独一无二的。

IP地址在互联网的逻辑上代表一个设备，在ｉｐ地址使用到期后，ｉｐ地址会被重新分配，然后再次绑定到其他设备上。

交换机和路由器

交换机与路由器的区别：

电子设备是通过内部的网卡进行通信的

每个网卡出厂时会写入一个MAC地址，

设备通过网线接入到了交换机的端口上，

这样交换机就知道了我的端口１对应的MAC地址是多少，实现交换机的端口号与MAC地址的绑定。

如果仅仅在局域网内进行通信，使用MAC地址即可。但是如果需要在整个互联网通信，那么MAC地址难以定位区域。我们需要使用另外一个地址叫IP地址。

当网络设备接入网络时，需要给MAC地址配置IP地址，分为IPV4地址和IPV６地址。

当电脑接入网线时，虽然我们没有去配置IP地址，但我们仍然可以使用，这是因为DHCP协议自动帮我进行配置。

当电脑连入网线，操作系统的网络协议栈，会发送DHCP请求，请求为其分配IP地址。

路由器收到请求后便会返回IP地址给设备，然后设备就会将其分配的IP地址分配到网卡上：

（在局域网中，IP地址是唯一的）

有了IP地址后，我们想要直接进行通信，还不能通信，还需要获取对方这个ｉｐ地址对应的MAC地址是多少。

通过ARP协议，我们可以将IP地址转化为MAC地址。（方式是通过广播的形式：发送ARP广播，询问是否有人的IP地址是这个，如果有人的IP地址是这个，那么请告诉我MAC地址是多少）

然后IP地址符合的则会将自己的MAC地址返回给请求的客户端。

接下来客户端会将这个IP地址对应的MAC地址缓存起来以便于下次使用。

然后将数据包补上MAC地址，发送给交换机，交换机则会根据MAC地址然后找到其对应的端口并发送到对应的端口上。

交换机怎么知道MAC地址对应的是哪个端口呢？

因为物理设备和交换机的不同端口是直接相连的：

交换机会存储一张端口与MAC地址的映射关系表：进行通信时，根据这个表查询是哪个端口，然后转发出去即可。

当有数据报从某设备发送过来时，该数据报会包含：

接下来为了方便后续会将源MAC与接收端口绑定，并填入MAC地址表。

然后需要查找发出端口，假如表中没有该MAC地址，则对除了接收该消息的端口以外的所有端口进行群发，这种现象成为泛洪。只要该MAC地址在这个网络中则一定会收到该消息。

通过上面的工作流程我们知道交换机只关心MAC地址，不关心IP地址。

MAC地址位于第二层数据链路层，因此数据链路层也被称为MAC层。

所以交换机也被称为二层设备：

接下来看看路由器：

路由器分为WAN口和LAN口，WAN口是用来接入运营商网络的。

如果忽略WAN口则路由器等于交换机。

来看看网关是什么东西：

先来了解下子网划分：

即IP地址与子网按位相与：

子网掩码例如：

如果IP地址与该子网掩码按位相与，则IP地址的二进制的前２４位不变，后８位变为０。

比如：

两个IP与子网掩码做了与运算之后的结果如果相同，说明这两个ｉｐ地址位于同一子网。

所以扩大ip数量只需要调小子网掩码，减少ip数量只需要同理

不同子网间没法直接通信，需要通过网关实现

发送数据报时，如果不是在同一个子网，则先发送到网关的MAC

然后网关根据ip地址，查询路由表，然后

根据目标ip判断如何发送的方式就是路由

从内网到互联网就是一个跨网络的行为，需要路由器担任网关，进行路由。

两个家庭都使用相同的ip地址访问互联网，为什么不冲突呢

数据包的发送是通过ip进行路由的，如果ip冲突，则arp表混乱，无法确定目标

思路很简单，就是让经由网关发送出去的ip地址用路由器去修改ip即可

于是通信的过程如下，经过路由器时会进行SNAT和反向SNAT

但是如果两个计算器都用的同一个ip地址，当接收服务器消息时怎么办？

所以此时需要将关联的属性往下扩展到传输层，以传输层协议TCP为例，里面有两个关键属性，源端口和目标端口

通过不同的端口来区分相同的ip地址。

SNAT是源地址转换，那同样有一个目标地址转换技术，也就是DNAT

SNAT是用于内网访问外网服务器的

但假如内网有服务要对外提供服务，我们需要在路由器上配置一个DNAT，内容为访问公网地址的8080端口，则帮我们转到计算机1，也就是192.168.1.10的八零端口。

则当访问数据包从WAN口进入后，路由器执行DNAT修改目标地址为192.168.1.10，修改目标端口为80。把数据包转发给了计算机1。

NAT基础深入到我们生活的方方面面，小到家庭网络达到庞大的运营商网络计算平台都通过NAT技术一层层的将我们的网络进行了分割。在IPV4地址严重匮乏的今天，我们的计算机网络仍旧能正常的运转，多亏了NAT技术的存在。