深入理解子网

文章	评论	标签
12	8	3

我们知道，两台电脑之间可以连接一根网线就可以进行通信，但是如果三台电脑之间相互通信，那每台电脑就必须有两个网口，好像也能接受，但随着越来越多的电脑接入网络，每台电脑也需要装上越来越多的网口，很显然是不现实的，于是便出现了交换机。

所有电脑都连接到交换机，电脑之间相互通信时先把数据发送到交换机，交换机再把数据转发到目标机器。
那么，交换机是如何准确的把数据发送到目标主机呢？原因在于交换机中维护着一张mac表，表中记录了交换机每个端口所连接的电脑的mac地址，当电脑A给电脑B发送数据时，数据先发送到交换机，交换机再通过mac表查询电脑B的mac地址和交换机端口的关系，最终将数据发送到电脑B。

这个过程看似很完美，其实还存在很多问题:

交换机并不认识电脑A或电脑B，它只认识mac地址
一开始的时候交换机里面的mac表是空表，它是如何得到每台电脑mac与交换机端口的隐射关系呢？
这两个问题其实是靠IP、Arp、和广播来解决的，Arp记录着电脑IP与mac的映射关系，当电脑A与电脑B进行通信时，需要先获取电脑B的IP地址（如通过DNS解析），获取电脑B的IP地址后，电脑A会在自己的的Arp缓存表中查看B的IP所对应的mac地址，然后将目标mac和请求数据封装成数据包，然后将数据包发送给交换机，交换机再查看mac表，最终将数据包送达。如果A和B是第一次通信，那么Arp缓存表中是没有B的记录的，这时候A就会发送广播数据：

A发送广播数据包：

源mac:aa-aa-aa-aa-aa-aa

目标mac:FF:FF:FF:FF:FF:FF

内容：谁是192.168.1.3？请告诉我你的mac地址

交换机收到数据包：发现目标地址是广播地址，将数据内容发送给局域网内除了A以外的所有的电脑。

B收到广播后回复：

源mac:bb-bb-bb-bb-bb-bb

目标mac:aa-aa-aa-aa-aa-aa

内容：我是192.168.1.3，我的mac是bb-bb-bb-bb-bb-bb

A收到回复后会将B的mac添加到Arp缓存表中，这时候如果交换机中的mac表没有B的mac映射关系，则交换机会将该映射关系添加到mac表中。

继续深入，当接入的电脑越来越多，一个交换机已经满足不了需求，就需要多个交换机相连，但是这会使交换机中的mac表维护越来越困难，于是为了解决这一问题，又诞生了一个新设备，叫做路由器。
多台交换机连接在同一路由器上，路由器将这些交换机分割开，每台交换机组成的网络叫做子网，每台交换机只需维护所在子网内的mac表，跨子网数据直接丢给路由器处理。

那么，当A给B发送数据时怎么判断到底有没有跨子网呢？
靠子网掩码！A给B发送数据时会将A的IP地址和B的IP地址分别和子网掩码进行与运算，当运算结果相同即为同一子网，不相同则不在同一子网。与运算方法：二进制“同1则1，否则为0”，如：

A的IP：192.168.1.2和子网掩码255.255.255.0进行与运算：
11000000.10101000.00000001.00000010
                 &
11111111.11111111.11111111.00000000

11000000.10101000.00000001.00000000
即：192.168.1.0

B的IP：192.168.1.3和子网掩码255.255.255.0进行与运算：
11000000.10101000.00000001.00000010
                 &
11111111.11111111.11111111.00000000

11000000.10101000.00000001.00000000
即：192.168.1.0

A与B的运算结果相同，即在同一子网。其中192.168.1.0是目标网络(Destination)。
这里有一个快捷计算方法：子网掩码为255位置所对应的IP段相同则在同一子网，否则不在同一子网，因为0和任何数进行与运算都为0，所以子网掩码为0位置所对应的IP段无论怎么变最终的与运算结果都相同为0，所以只需保持255所对应的IP段一致即可。
如：
子网掩码为：255.255.255.0

       192.168.2.25
       192.168.2.37

255位置对应的IP段均为192.168.2，则俩IP在同一子网，因为0与25、37进行与运算结果均为0，最终结果都是192.168.2.0

上图中A与C通信时，A的数据传到路由器，路由器将数据包中的目标地址192.168.2.4与子网掩码255.255.255.0进行与运算来匹配最长前缀的目标网络(Destination)192.168.2.0，并选择与之对应的网络端口发送数据。

Destination    Gateway       Netmask        Interface
192.168.1.0    0.0.0.0       255.255.255.0  eth0  # 直连子网1
192.168.2.0    0.0.0.0       255.255.255.0  eth1  # 直连子网2
0.0.0.0        203.0.113.1   0.0.0.0        eth2  # 默认路由

深入理解子网

大不列滇掌管折耳根的神