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╔══════════════════════════════════════════╗
║        Ethernet Frame (数据链路层)       ║
║  ┌────────────┬────────────┬──────────┐ ║
║  │ MAC Header │ IP Packet  │ CRC Tail │ ║
║  │            │            │          │ ║
║  │            │ ┌────────┬──────────┐ │ ║
║  │            │ │ IP hdr │ TCP/UDP  │ │ ║
║  │            │ │        │ Segment  │ │ ║
║  │            │ │        │ ┌──────┐ │ │ ║
║  │            │ │        │ │ App  │ │ │ ║
║  │            │ │        │ │ Data │ │ │ ║
║  │            │ │        │ └──────┘ │ │ ║
║  │            │ └────────┴──────────┘ │ ║
║  └────────────┴──────────────────────┘ ║
╚══════════════════════════════════════════╝

交换机视角

描述的是交换机如何转发数据帧（主要根据 MAC 地址）：

  1. 只处理带有目标 MAC 地址的数据帧；
  2. 查找 MAC 地址表（MAC→端口）；
  3. 找到就从对应端口转发；
  4. 找不到就广播给所有端口（学习 MAC 表）

交换机负责在一个局域网内部，基于 MAC 地址，把帧“从 A 发到 B”

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┌───────────────┐
│ 局域网（LAN） │  ← 局部物理网络
│ ┌───────────┐ │
│ │ 子网 A     │ │  ← 一个LAN里可能有一个或多个子网（如通过VLAN）
│ └───────────┘ │
└───────────────┘

主机视角

描述的是主机（如你的电脑）如何确定数据的发送方式：

  1. 主机知道自己和目标的 IP 地址；

    一台主机知道目标 IP 地址，通常是因为用户告诉了它（通过域名、IP输入），或者它自己去查了（DNS/协议发现）

  2. 判断是否在同一个子网（通过子网掩码）；

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192.168.1.10  & 255.255.255.0  = 192.168.1.0
192.168.1.200 & 255.255.255.0  = 192.168.1.0
  1. 在同一子网：用 ARP 协议获取对方 MAC 地址，直接发送；

ARP 是一个用于将 IP 地址解析为 MAC 地址的协议。

在以太网通信中，尽管应用层用的是 IP 地址，但真正在数据链路层上传输的是 MAC 地址帧。因此，主机在发送数据时，需要知道目标设备的 MAC 地址 才能发送帧。

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Who has 192.168.1.3? Tell 192.168.1.1

192.168.1.3 is at 00:1C:42:2E:60:4A

你访问的所有外部网站，其实都走的是“先发给你家路由器的 MAC 地址”，然后由路由器转发出局。

  1. 不在同一子网：用 ARP 获取默认网关的 MAC 地址，把数据发给网关

    主机存有默认网关（通常是路由器）的 IP 地址

路由器视角

描述的是路由器根据 IP 地址来决定下一跳：

  1. 处理目标 IP 地址的数据包；
  2. 查找路由表（IP→下一跳）；
  3. 查到就从指定接口发出；
  4. 查不到就回送一个不可达 ICMP 报文。

你主机 IP 是：192.168.1.10
目标 IP 是：10.0.0.3
你发不出去 → 把包交给默认网关（比如：192.168.1.1）

路由器会查它的路由表：

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Destination        Next Hop         Interface
10.0.0.0/24        192.168.2.2      eth1
192.168.1.0/24     Direct           eth0

发现 10.0.0.0/24 这个目标网段要通过 eth1 口发出去，下一跳是 192.168.2.2，于是它就把你的包从 eth1 发出。

整体流程回顾：主机 → 路由器 → 目标主机

你是主机A（192.168.1.10），想访问主机B（10.0.0.3），它不在你的子网：

主机端：

  1. 你发现 10.0.0.3 不在同一子网；
  2. 你查到默认网关是 192.168.1.1；
  3. 你发 ARP 问：“谁是 192.168.1.1？” → 得到 MAC 地址；
  4. 把数据包（目标 IP 是 10.0.0.3）发送给 网关的 MAC。

路由器端：

  1. 路由器收到包后查看 IP 层的目标地址 → 是 10.0.0.3；
  2. 查自己的路由表：这个 IP 要走 eth1 接口；
  3. 看看这条路径的 下一跳（next hop） 是谁，比如 10.0.0.1；
  4. 然后发 ARP 请求：“谁是 10.0.0.1？”；
  5. 得到回应：10.0.0.1 对应 MAC 为 AA:BB:CC:DD:EE:FF；
  6. 构造帧，目的 MAC 就是这个，然后从 eth1 发出。

场景假设：

你电脑（主机A，IP: 192.168.1.10）要访问远程主机B（IP: 10.0.0.3），它不在你的子网。现在一步步讲这个数据包是怎么走出去的，三者怎么配合。

✅ 第一阶段：主机如何发送数据？

🧠 主机要解决：

  • 目标 IP 是谁？
  • 我和它是否在同一个子网？
  • 我要把包发给谁？目标设备还是路由器？

✅ 主机操作：

  1. 判断目标 IP 10.0.0.3 不在同一子网（比如掩码 /24）；
  2. 查到默认网关是 192.168.1.1；
  3. 查 ARP 表：有没有 192.168.1.1 对应的 MAC 地址？
    • 没有 → 发 ARP 请求：Who has 192.168.1.1?
    • 收到回应 → 得到 MAC 地址；
  4. 构造数据帧：
    • IP 层目的地 IP = 10.0.0.3
    • 帧目标 MAC = 192.168.1.1 的 MAC
  5. 把帧发出去给交换机

✅ 第二阶段：交换机如何中继数据？

🧠 交换机只看 MAC 地址（不看 IP）

  1. 收到帧，看到目标 MAC 是 AA-BB-CC-DD-EE-FF（路由器的 MAC）；
  2. 查 MAC 地址表，发现这个 MAC 在端口 2；
  3. 把帧从端口 2 转发给路由器；
  4. 不修改任何内容，纯转发，像“局域网邮递员”。

✅ 第三阶段：路由器如何转发数据？

🧠 路由器要解决：

  • 目标 IP 是哪里？我该从哪个接口发出去？
  • 目标主机在哪个子网？是否直接可达？

✅ 路由器操作：

  1. 查看 IP 头，目标是 10.0.0.3；
  2. 查自己的路由表，发现：
    • 10.0.0.0/24 可达，通过 eth1 接口；
    • 下一跳是 10.0.0.1
  3. 查 ARP 表：10.0.0.1 对应 MAC 有吗？
    • 没有 → 发 ARP 请求：Who has 10.0.0.1?
    • 得到回应后，记录 MAC 地址；
  4. 构造新的以太网帧：
    • 源 MAC = 路由器接口 MAC
    • 目标 MAC = 10.0.0.1 的 MAC
    • IP 层仍然是目标 IP = 10.0.0.3
  5. 把帧从 eth1 发出去
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│  主机A        │  ← 判断子网 → ARP → 发帧
│ 192.168.1.10 │
└──────┬───────┘
       ↓ 发送数据帧（Dst MAC = 路由器MAC）
┌──────┴───────┐
│ 交换机        │  ← MAC表查表 → 端口转发
└──────┬───────┘
       ↓
┌──────┴───────┐
│ 路由器        │  ← IP路由查表 → 下一跳ARP → 转发
│ 192.168.1.1  │
└──────┬───────┘
       ↓ 发往下一个子网或目标主机