网络数据通信原理

小乔

在进行描述之前先假设数据只在一个方向上流动。传输层的协议是UDP（协议号：17），并且数据是发往外网的。
1.主机H1的应用进程产生一个报文往下交给传输层的协议UDP， UDP协议将上层交付下来的报文添加UDP首部（UDP首部主要包括源端口号和目的端口号）后下交给IP层。
2.IP协议将添加一个IP首部到这个UDP用户数据报形成IP数据报，这个首部主要包含目标IP地址、源IP地址、协议字段（值为17，表示上交给上层协议UDP）。当然这边可能涉及到数据包的分片，我们假设不需要分片。
3.IP协议判断目标IP地址是处在本地网络还是处在一个远程网络上。此处假设为发往外网的，因此这个IP数据报需要被发往网关，这样数据报才能被发往远端网络。这时Windows注册表将被使用，以查找机器所配置的默认网关的地址。
4.要发送这个数据报到默认网关就必须知道路由器E0口的MAC地址（我们通过对Windows注册表的查找已经知道默认网关的IP地址），因为只有找到E0口的MAC地址，数据报才可以被下传给数据链路层并组合成帧，然后发送给与主机H2相连接的路由器接口。
5.接着ARP协议就会检查主机的ARP高速缓存，查看默认网关的IP地址是否已经解析为MAC地址。
①如果已经被解析，IP数据报将被释放，并传送到数据链路层组合成帧（网关的MAC地址也将同数据报一起下传至数据链路层）。数据链路层的主要任务就是将IP层交付的数据报加上帧首部跟FCS校验值组成“帧”『帧首部主要包括目标MAC地址（路由器E0口的MAC）、源MAC地址（主机H1的MAC地址）以及类型字段（表示上层协议的类型）』。
②如果这个MAC地址在主机的ARP高速缓存中还未被解析，一个ARP广播包（二层的广播帧）将被发到本地网络上，以搜索路由器E0口的MAC地址。路由器收到这个ARP广播包会以单播的形式返回一个带有E0口MAC地址的数据包给主机H1。H1将缓存这个MAC地址。
6.数据链路层将所组成的帧交付到物理层，以一次一个比特的方式发往物理媒介（一般在以太网中为双绞线）。
7.此冲突域中的所有所有设备都将收到这些比特并重组成帧。他们都将运行CRC并核对保存在FCS中的内容。如果这两个值不相符，此帧将被丢弃。
①如果这个CRC值相符（在这个示例中指的是路由器E0口），那么就核查该帧的目的MAC地址，检查它们是否也匹配。
②如果这个MAC地址也是匹配的，那么路由器将会查看以太网类型字段以确定在网络层上使用的协议。
8.到此“数据”已经到了路由器的的数据链路层。在这里将会剥去帧的首部及校验值FCS部分得到数据报上传给帧的类型字段中所表明的上层协议（此示例中则为IP）。
9.路由器网络层的IP协议将会接收到这个数据报，并检查其目的IP地址。由于数据报的目的网络地址与接收路由器所配置的任一接口的网络地址不相匹配，路由器将会查看所配置的路由表以确定到达目的网络的路径。此路由器的路由表中必须包含有到达主机H2网络的表项，否则数据报将被丢弃，然后一个带有“destination network unavailable”信息的ICMP包将被发送回源方设备。
10.如果路由器在它的路由表中找到了到达目的方网络的表项，数据报将按照路由表查找所确定的路径被交换到输出接口的缓冲区（本示例中为E1口）。
11.此示例中因为目的方网络地址与E1口所配置的网络地址相一致，故为通过E1口直接交付给主机H2（此处先略过交换机）。当然路由器需要通过ARP高速缓存确定主机H2的MAC地址，方法同第5步。在确定了主机H2的MAC地址后将同数据报下放到路由器的数据链路层组成帧，进而下放到物理层通过比特流发送到主机的物理层。
12.到此“数据”已经到了主机H2的物理层。物理层接收到比特流后将其上交给数据链路层，并剥去帧首部及FCS校验值还原成IP数据报上交给网络层的IP协议。
13.IP协议查看首部的类型字段并确定应交付的上层协议为UDP后，将数据报剥去IP首部上交给上层的UDP协议。
14.UDP协议将查看UDP用户数据报的首部以确定将此“数据”由哪个端口上交给应用层的应用进程。
15.UDP在确定目的端口号后将剥去UDP首部还原出最初的“报文”通过端口将数据上交给特定的应用进程。一个方向上的数据传输过程结束。



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(出处: 鸿鹄论坛)

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