文章目錄
題記：本文主要是摘自CCNA指南中講的，再加上本身的理解，詳細闡述一次完整的數據傳輸過程。以前在考CCIE的時候也看過，後來有些忘記，特總結記錄。
讀此文章以前，先弄懂下面5個基本知識點：緩存
- 封裝報文是從上層到下層(應用層 --> 傳輸層 --> 網絡層 – > 數據鏈路層 --> 物理層)，解封裝報文是從下層到上層。
實際例子：從PC1遠程登陸服務器(Server)。 - 數據包傳輸的過程當中，源IP和目標IP不會變，除非遇到NAT（SNAT或DNAT)，源MAC和目標MAC遇到網關會變。
- 二層內經過MAC尋址，三層經過IP尋址。
- 當一個數據包的目的地址不是本機，因此須要查詢路由表，當查到路由表中的網關以後，須要獲取網關的MAC地址，並將數據包的MAC地址修改爲網關地址，而後發送到對應的網卡。
- 協議數據單元在應用層、表示層和會話層被稱作數據(Data)，在傳輸層被稱作分段(Segment)，在網絡層被稱作包(Packet)，在數據鏈路層被稱作幀(Frame)，在物理層被稱作比特(Bit)。
- PC1或者Server上保留的arp表是：arp和ip的映射關係。而二層交換機是arp和端口的映射關係，也就是這個arp 應該由哪一個端口轉發。三層交換機能夠保留arp和ip的映射關係。
例子 PC1 發送http請求到Server
Step1： PC1封裝數據包
數據包封裝的層次結構：
應用層：HTTP協議是生成針對目標WEB服務器的HTTP請求報文，該報文就是須要傳遞的數據
服務器
傳輸層：HTTP協議使用的是TCP協議，爲了方便通訊，將HTTP請求報文按序號分爲多個報文段(segment)，並對每一個報文段進行封裝。PC1使用本地一個大於1024以上的隨機TCP源端口(這裏假設是1030)創建到目的服務器TCP80號端口的鏈接，TCP源端口和目的端口加入到報文段中，學名叫協議數據單元(Protocol Data Unit, PDU)。因TCP是一個可靠的傳輸控制協議，傳輸層還會加入序列號、窗口大小等參數網絡
網絡層：下沉到網絡層後，封裝網絡層的頭部，主要就是添加源和目的IP地址，成爲數據包。用戶一般使用主機名或域名來訪問服務器，這時就須要經過應用層的DNS服務來經過域名查找IP地址，或逆向從IP地址反查域名。這裏的源IP地址是193.1.1.2，目的IP地址是195.1.1.2。學習
數據鏈路層：下沉到數據鏈路層，封幀的頭部，src mac和dst mac。PC1比較去往的目標IP，發現Server IP 195.1.1.2不在本地網絡中，PC1經過查找本地路由表，會有一條默認路由指向網關R1，知道數據包要先發到網關R1的Fa0/0口。PC1查找本地arp cache，若是找到193.1.1.1對應的MAC地址則進行封裝; 若是在ARP cache中沒有找到193.1.1.1對應的MAC地址，則用ARP協議，査詢到網關對應的MAC地址 「00-11-BC-7D-25-03」 。因而，這裏的源MAC地址是PC1的MAC地址「00-1B-24-7D-25-01」，目的MAC地址是網關的MAC地址 「00-11-BC-7D-25-03。spa
從PC1發出的數據幀格式：
3d
物理層：數據鏈路層封裝後的數據幀下沉到物理層，轉換成二進制形式的比特(Bit)流，從PC1的網卡發送出去。blog
Step 2: 數據到達集線器
PC1發出的比特流到達集線器，集線器簡單地對比特流轉發，從除接收端口之外的全部端口轉發出去。PC2接收到這個數據包，把比特流轉換成幀上傳到數據鏈路層，PC2比較數據幀的目的MAC地址，發現與本機網卡的MAC地址不一樣，PC2丟棄該數據幀，放棄處理，數據到達路由器。排序
Step3: 數據到達R1
路由器R1收到該比特流，轉換成幀上傳到數據鏈路層，路由器R1比較數據幀的目的MAC地址，發現與路由器接收端口Fa0/0(快速以太網，簡寫成Fa0/0，指的是0號插槽上編號爲0的接口)的MAC地址相同，路由器知道該數據幀是發往本路由器的。路由器R1的數據鏈路層把數據幀進行解封裝，而後上傳到路由器R1的網絡層，路由器R1看到數據包的目的IP地址是195.1.1.2，並非發給本路由器的，須要路由器進行轉發。接口
路由器R1査詢本身的路由表，發現數據包應該從串行接口S1/1發出。路由器R1把數據包從Fa0/0接口交換到S1/1接口。圖片
此時R1並不能直接把這個數據包發出去，由於在R1的Fa0/0接口被解封裝，如今須要被從新再封裝。在路由器的入接口解封裝，在路由器的出接口須要再封裝。網絡層的封裝並無被解開，但並不意味着網絡層的信息一點都沒有改變，其實網絡層的數據包中源和目的IP地址都沒有被改變(除非在網絡地址轉換的狀況下)，但TTL(生存週期)會減1。網絡層把數據包交給下層的數據鏈路層，數據鏈路層須要封裝二層的地址。串行鏈路不一樣於以太網，由於以太網是一個多路訪問的網絡，要定位到目的設備須要藉助於MAC地址，但串行線路通常的封裝協議都是PPP(Point-to-Point Protocol,點到點協議)或HDLC(High-Level Data Link Control,高級數據鏈路控制協議)封裝，這種封裝被用於點對點線路，也就是說，一根線纜只鏈接兩臺設備，一端發出，另外一端確定能夠收到（有點像容器網絡中用的veth）。假設串行線纜上使用的是PPP協議，則數據鏈路層封裝的源和目的地址都是PPP。
數據鏈路層封裝後的數據幀被傳到物理層，轉換成二進制形式的比特流，從路由器R1的S1/1接口發送出去
Step4: 數據到達R2
路由器R2收到這個比特流，上傳至數據鏈路層，數據鏈路層去掉PPP的封裝。路由器R2査詢數據包的目的IP地址，發現該IP網絡直接鏈接在Fa0/0接口，路由器R2把數據包交換到Fa0/0接口。路由器查看本地的ARP緩存，若是找到195.1.1.2對應的MAC地址，則直接進行封裝；若是沒有找到，則發送ARP的查詢包。路由器R2發出數據幀的源地址是Fa0/0接口的MAC地址，目的地址是服務器網卡的MAC地址。
數據鏈路層封裝後的數據幀被傳到物理層，轉換成二進制形式的比特流，從路由器R2的Fa0/0接口發送出去。
Step5: 交換機處理
路由器R2發出的比特流到達交換機，根據源MAC地址進行學習，根據目的MAC地址進行轉發。交換機根據數據幀中的目的MAC地址査詢MAC地址表，把比特流從對應的端口發送出去，交換機把比特流發往服務器，並無發往PC3。
Step6: 服務器處理
服務器接收到這個比特流，把比特流轉換成幀格式，上傳到數據鏈路層，服務器發現數據幀中的目的MAC地址與本網卡的MAC地址相同，服務器拆除數據鏈路層的封裝後，把數據包上傳到網絡層。服務器的網絡層比較數據包中的目的IP地址，發現與本機的IP地址相同，服務器拆除網絡層的封裝後，把數據分段上傳到傳輸層。傳輸層對數據分段進行確認、排序、重組，確保數據傳輸的可靠性。數據最後被傳到服務器的應用層。
反向傳輸
服務器收到PC1發過來的數據後，對PC1進行響應。和PC1處理的過程相似，服務器也知道要發往一個遠程的網絡，數據鏈路層的目的MAC地址須要封裝網關的MAC地址；網絡層源和目的IP地址與PC1發送過來的包相反，即把源地址變成目的地址，目的地址變成源地址；傳輸層源和目的端口與PC1發送過來的包相反，即把源端口變成目的端口，目的端口變成源端口。
總結
從PC1到Server的整個數據包流動過程，PC1執行OSI七層的封裝，而後把比特流傳到集線器；集線器在物理層把信號簡單放大後，把比特流傳到路由器R1；R1執行OSI下三層的處理後，再把比特流傳到路由器R2；R2執行OSI下三層的處理後，再把比特流傳到交換機；交換機執行OSI下二層的處理後，再把比特流傳到服務器
從這個流動過程當中，能夠發現數據流在中間設備上主要執行的是OSI下三層的操做。
- 物理層的設備不改變幀的格式，廣播式轉發。
- 數據鏈路層的設備也不改變幀的格式，但能夠根據數據幀中的目的MAC地址進行轉發；
- 網絡層的設備改變幀的格式，要執行幀的解封裝和再封裝，但不改變數據包中的源和目的IP地址。