数据包端到端的流程

流程

A给F发送一个数据包的流程：

1. 首先 A（192.168.0.1）通过子网掩码（255.255.255.0）计算出自己与 F（192.168.2.2）并不在同一个子网内，于是决定发送给默认网关（192.168.0.254）

2. 发送之前，A 需要通过 ARP 找到 默认网关 192.168.0.254 的 MAC 地址为ABAB

3. A 将源 MAC 地址（AAAA）与 默认网关 MAC 地址（ABAB）封装在数据链路层头部，又将源 IP 地址（192.168.0.1）和目的 IP 地址（192.168.2.2） （注意目的 IP 地址千万不要以为填写的是默认网关的 IP 地址，从始至终这个数据包的两个 IP 地址都是不变的，只有 MAC 地址在不断变化）封装在网络层头部，然后发包

4. 交换机 1 收到数据包后，发现目标 MAC 地址是 ABAB，查找MAC地址映射表通过某个端口，转发给路由器1

5. 路由器 1 发现其目标 IP 地址是 192.168.2.2，查看其路由表，发现了下一跳的地址是 192.168.100.5

6. 所以此时路由器 1 需要做两件事，第一件是再次匹配路由表，发现匹配到了端口为 2，于是将其封装到数据链路层，最后把包从 2 号口发出去。
   

7. 此时路由器 2 收到了数据包，看到其目的地址是 192.168.2.2，查询其路由表，匹配到端口号为 1，准备从 1 号口把数据包送出去。

8. 但此时路由器 2 需要知道 192.168.2.2 的 MAC 地址了，于是查看其 arp 缓存，找到其 MAC 地址为 FFFF，将其封装在数据链路层头部，并从 1 号端口把包发出去。
   

9. 交换机 3 收到了数据包，发现目的 MAC 地址为 FFFF，查询其 MAC 地址表，发现应该从其 6 号端口出去，于是从 6 号端口把数据包发出去。

10. F 最终收到了数据包！并且发现目的 MAC 地址就是自己，于是收下了这个包

总结

电脑视角：

• 首先我要知道我的 IP 以及对方的 IP
• 通过子网掩码判断我们是否在同一个子网
• 在同一个子网就通过 arp 获取对方 mac 地址通过交换机直接扔出去
• 不在同一个子网就通过 arp 获取默认网关的 mac 地址直接扔出去

交换机视角：

• 我收到的数据包必须有目标 MAC 地址
• 通过 MAC 地址表查映射关系
• 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去
• 查不到就所有端口都发出去(广播)
• 交换机只管转，不会改变数据包里的东西

路由器视角：

• 我收到的数据包必须有目标 IP 地址，当然也会有MAC地址
• 通过路由表查映射关系
• 查到了就按照映射关系从我的指定端口发出去
• 查不到则返回一个路由不可达的数据包
• 经过路由器时，数据链路层MAC地址会发生改变

如果你嗅觉足够敏锐，你应该可以感受到下面这句话：

• 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（以太网中的交换机）来实现的。可以看到上面的数据包，网络层的IP地址一直不会变，变得是数据链路层的MAC地址

涉及到的三张表分别是

• 交换机中有 MAC 地址表用于映射 MAC 地址和它的端口

• 路由器中有路由表用于映射 IP 地址(段)和它的端口

• 电脑和路由器中都有 arp 缓存表用于缓存 IP 和 MAC 地址的映射关系

这三张表是怎么来的

• MAC 地址表是通过以太网内各节点之间不断通过交换机通信，不断完善起来的(广播)
• 路由表是各种路由选择算法 + 人工配置逐步完善起来的。
• arp 缓存表是不断通过 arp 协议的请求逐步完善起来的(广播发送一个ARP请求包)

参考

有了 IP 地址，为什么还要用 MAC 地址？ - 无聊的闪客的回答 - 知乎