包

包是由头部和数据两部分构成的，头部包含目的地址等控制信息（当作快递面单），头部后面就是数据部分，包括了要发送给对方的数据，也就相当于快递里面的货物。

1. 发送方网络设备负责创建包，创建包的过程就是生成含有正确控制信息的头部，然后再附加上要发送的数据。
2. 包被发往最近的网络转发设备
3. 转发设备判断接下来该往哪里发
   1. 使用路由表
   2. 记录了每一个地址对应的发送方向，按照头部里记录的目的地址在表里进行查询，并根据查询到的信息判断接下来应该发往哪个方向。
4. 转发给下一个设备，直到到达接收方的网络设备。

发送

转发操作

TCP/IP头部中包含MAC头部+IP头部

1. 发送方将目的地址写入IP中
2. 找到下一个路由器的位置
3. IP协议委托以太网协议将包传输过去
4. IP协议会查找下一个路由器的以太网地址，并将这个地址写入MAC头部中
5. 发送

IP头部：

MAC头部：

源地址、目的地址：48bit
类型：16bit，常用的是0800代表IP类型，0806代表ARP类型

ARP

从IP地址获取MAC地址

1. 先查询ARP缓存
2. 发送广播，询问某个IP地址对应的MAC地址
3. 进行回答

ARP缓存在一段时间后会失效，是为了防止IP地址变化时候ARP内容和现实发生差异。

接收

网卡会将网络包交给TCP/IP协议栈

1. 检查IP头部，查看接收方IP地址
   1. 如果不是自己的IP地址，那么IP模块通过ICMP消息将错误告知给发送方
2. 接收方IP地址正确，将包接收下来
3. 如果包是分片的，将其还原位原始的包
4. 交给TCP模块
5. TCP根据IP的接收方和发送方IP地址，以及TCP头部中的接收方和发送方端口号来查找对应的套接字

以太网

网卡驱动从IP模块取出包后，会将其复制给网卡内的缓冲区中，然后向MAC模块发送包的命令

• MAC模块会将包从缓冲区取出，并在开头加上报头和起始帧定界符，在末尾加上帧校验序列FCS

接收

1. 在集线器模式的半双工以太网中，一台设备发送的信号会到达所有的设备，所以对于所有设备来说，把自己接收到的信号，不论是不是自己的，都接收过来
2. 检查FCS和自己计算出的是不是一样的，如果不一样，丢弃
3. 如果FCS没有问题，那么下一步查看MAC头部中接收方MAC地址和网卡在初始化时分配给自己的MAC地址是否一致，判断这个包是不是给自己的；是就保留，不是丢弃
4. 如果是发给自己的，包放入缓冲区
5. 使用中断通知计算机
6. 计算器中断后取出网卡的缓冲区中的收到的包，通过类型字段检查协议类型，根据以太类型将包交给对应的协议栈

路由器转发

路由器在转发包时，首先会通过端口将发过来的包接收进来
转发模块会根据收到的包的IP头部中记录的接收方IP地址，在路由表中进行查询，判断转发目标
然后转发模块将包转移到目标对应的端口，端口再按照硬件的规则将包发送出去，也就是转发模块委托端口模块将包发送出去。

路由器接收包

• 路由器端口都有自己的MAC地址，只接受与自身地址相匹配的包，遇到不匹配的包则直接丢弃。
• 完成包的接收以后，路由器就丢弃包开头的MAC头部，MAC头部的作用就是将包送到路由器，接收方的MAC地址就是路由器端口的MAC地址
• 
• 匹配地址的时候，路由器需要直到网络号的比特数，因此路由表还有一系列子网掩码
  • 路由器忽略主机号，只匹配网络号（根据子网掩码进行匹配）
  • 路由聚合
    • 多个子网合并成一个子网，子网掩码会发生变化
    • 
• 按照最长匹配原则进行查找，如果有多个最长匹配记录，选择跳数最小哪个
  • 如果无法匹配且没有默认路由，路由器丢弃这个包，并发送ICMP消息告诉给发送方
  • 默认路由子网掩码0000，即匹配比特数为0，默认路由
• 找到了转发端口，包被转发到输出端口，并最终转发出去，但还有做些工作
  • 更新IP头部的TTL，如果值变成了0，就表示超过了有效期，包被丢弃（防止死循环）
• 分片：（与TCP分片的区别是TCP分票是在将数据装到包之前进行的）
  • 得到输出端口的MTU（最大包长度），最大长度减去头部就是可以传输的数据大小
  • 如果头部规定不能分片，只能丢弃这个包，通过ICMP告知对方
• 发送
  • 通过ARP查询下一个接收方MAC

NAT地址转换

基本原理：
在转发网络包的时候对IP头部中的IP地址和端口号进行改写。