网络通信数据处理过程

一、主机对应用层数据的处理
1.主机的接口是以太网口，对收到的帧会按照以太网网帧的格式进行读取。

2.主机接收报文后首先会查看帧里面的目的MAC地址，如果不是自己的MAC地址会直接丢弃报文；如果是自己的，会拆包交付到网络层。

3.在网络层上首先会查看对应的目的IP地址，如果IP地址不是自己，直接丢弃；如果是自己的对应地址（包括自己所在的组播地址和广播地址），则继续拆包交付到传输层。

4.在传输层上会查看数据的目的端口号，如果不是自己已经开启的端口，会直接丢弃；如果是自己开启的端口，则交给相应端口的应用层程序处理。

二、二层交换机对应用层数据的处理

1.交换机收到数据后，首先会查看收到的数据帧是否带有tag，如果没有tag，会先打上接口pvid对应的tag；如果有tag，检测tag表示的vlan是否在此接口允许通过的范围内，如果不能通过，直接丢弃报文，能通过则进行下一步操作。

2.查看源MAC地址，并直接在相应vlan的MAC地址表上更新此条目。查看目的MAC地址，如果是自己管理接口的MAC地址，拆包交互网络层处理；如果是广播，组播或本vlan中MAC地址表上没有记录的单播MAC地址，则在本vlan所允许通过的接口中进行泛洪（不会在接收此帧的接口上再发送回去，防止该网段出现重复帧的情况）；如果目的MAC在本设备vlan中MAC地址表的中，并且出接口是入接口的话，直接丢弃报文；如果对应的出接口不是入接口，则进行精确转发。

3.如果目的IP地址是自己的IP地址（包括所在组播和所在广播地址），继续拆包交付传输层进行处理；其他情况直接丢弃。

4.进入传输层的数据会继续查看目的端口号，如果是自己开启的端口，转发到对应应用层进行处理；如果该端口没开启，则丢弃报文。

三、路由器对应用层数据的处理
1.路由器在广播环境中的接口是以太网口，对收到的帧按照以太网网帧的格式进行读取（如果在PPP环境，则按照PPP帧的格式读取）。

2.查看目的MAC地址，不是自己接收接口的MAC地址便会直接丢弃；是自己便先拆包，查看类型字段，例如通过字段0x0800得知上层为ipv4报文，会按照ipv4报文的格式读取。

3.查看目的IP地址，如果是自己的IP地址（包括所在组播和所在广播）继续拆包，查看目的端口号，对应端口打开就交给相应的应用层处理，如果没有打开就丢弃报文。

4.如果查看的目的IP地址不是自己的IP地址，则会查看路由表。如果整张路由表中没有与之可以匹配的条目便丢弃报文；如果路由表里有对应的条目，进行相应的转发。

5.转发按照最长掩码匹配原则进行转发，路由器转发时会首先将整个路由表查看完，可能有多个匹配的条目，子网掩码不同（子网掩码和网络号相同就是同一个网络了），会按照最长掩码的条目进行路由的转发。这里需要注意的是，最后匹配的条目是有一定区别的，分别为直连路由条目，IGP路由条目，静态路由条目，BGP路由条目。

四、路由条目分类及迭代方式
1直连路由条目：直连路由条目只有出接口，下一跳地址用自己的出接口IP地址代替。当报文匹配到了直连路由条目后，如果有对应的arp缓存，直接封装从出接口发送出去；如果没有arp缓存，则从出接口直接请求报文中目的的MAC地址。

2.IGP路由条目：IGP路由条目一定有出接口和下一跳，并且下一跳为直连的对端接口的IP地址。当报文匹配到的是IGP路由条目（表示地址不是直连的，当地址是直连时，IGP条目的肯定没有直连路由优先，不会加表）先查看下一跳的MAC地址的arp缓存是否存在，如果没有则从条目的出接口发arp请求下一跳的MAC地址；如果有，直接将报文封装好并从对应的出接口发送。
注意：IGP和直连路由都都不需要迭代查询。

3.静态路由条目：静态路由可能会进行迭代查询。这里讨论的静态路由是加入路由表的静态路由，所以肯定不是直连的。
需要迭代的情况：静态路由可以只配置下一跳，设备会通过下一跳进行迭代，直到查询到一条IGP,或者直连的路由条目，找到报文的出接口为止。如果报文匹配到了静态路由条目后，需要进行ARP请求并最终迭代到的是直连的路由，则请求上一个迭代条目中下一跳的MAC地址；如果迭代最后的是IGP条目，则请求IGP条目的下一跳的MAC地址。如下图所示，这条静态路由条目有着R和D的标记（relay和download），表示需要迭代并加入了FIB表。
不需要迭代的情况：如果只配置了出接口，下一跳的地址默认为自己出接口的地址。进行ARP请求的时候，会直接从匹配的出接口请求对方的MAC地址，这种方式会因为arp报文无法到达对方导致流量转发出现问题。如果不仅配置了下一跳的IP地址，也配置了出接口，这时只要出接口是up状态，不会进行迭代查询，符合要求（最优）后直接加入路由表，这种方式可能会因为配置的下一跳不可达导致流量转发出现问题。
注意：只要有出接口，静态路由条目就不会进行迭代。

4.BGP路由条目：BGP路由可能会进行迭代查询。
需要迭代的情况：IBGP路由条目只有下一跳，没有出接口。当通过IBGP路由条目发送信息的时候，会同样迭代查询到一条IGP或者直连的路由，确定出接口。当报文匹配到了IBGP路由条目，如果没有对方的MAC地址，封装下一跳MAC地址的方式和静态路由迭代方式找下一跳相同。除此之外，当EBGP邻居之间报文的TTL值被修改为大于1,则从对方学习到的EBGP路由依然需要迭代，其迭代方式同IBGP。
不需要迭代的情况：EBGP路由条目默认情况下有出接口，不需要进行迭代。

为什么BGP在从多跳邻居获得的条目需要迭代呢？这是因为BGP是一个拥有丰富选路属性的路由协议，同时也会保留备用路由。单跳建立的邻居必定是直连邻居，出接口是唯一的，直接利用这个出接口加表即可；而通过多跳建立的邻居关系，到达条目的初始下一跳则有则可能有多条路径或接口，因此需要通过IGP协议的协助迭代找到所有出接口并且保留最优的加入路由表。BGP设备如何知道和对等体是单跳还是多跳连接呢？这是依据双方BGP报文中的TTL值来判断的。值大于1表示多跳，需要迭代；等于1表示直连，不迭代。
注意：IBGP邻居关系的跳数默认是255，不能修改，所以必定需要迭代，而EBGP邻居关系的跳数可以在1~255中修改，所以既可能迭代，也可能不迭代。

5.迭代的目的：找到出接口。IGP和直连路由因为有了出接口，所以不用迭代，BGP和没有配置出接口的静态路由则需要进行迭代，直到迭代出IGP或者直连条目，找到出接口为止。最终迭代的结果可以查看FIB表进行验证。

6.构建路由表的方式：首先路由条目会比较网络位和子网掩码是否一样，不一样都会加入路由表。如果一样的话比较AD值，越小越优，直连条目为0，AD值可以我们自己设置，但是不能设置为0。如果AD值相同，则进行cost值的比较，静态和直连路由没有cost，只有动态路由协议才有cost值，并且一般不为0，如果cost值相同就负载均衡。

7.（补充）ARP代理：如果在路由器上开启了arp代理，发现目的地址与自己直连并且是arp报文接收的接口，是不会进行代理。路由器只会对自己路由条目中存在并且条目的出接口和arp请求的入接口不同的数据包此进行代理。

五、实例分析

telnet基于TCP 23号端口，需要进行三次握手连接的建立。首先会生成三次握手中第一次的TCP报文然后封装源和目的IP地址，这个时候会查看路由表（主机的路由表分为无线和有线的路由表，如果同时启动的话，没有重复的条目都可以同时使用，但默认路由只能存在在一个表项中，如果使用其中的默认路由不能到达对方，就需要将这个网卡断开，将默认路由转移到另外一个表项中）。这里查路由表是为了查看从最终从哪个接口发送报文出去，封装对应接口的MAC地址作为源MAC地址，并根据路由表的指示封装目的MAC地址。
本拓扑中封装了PC1的E0/0/1接口的MAC地址以后，就会去封装目的MAC地址，这里有几种可能，在有对方MAC地址的情况下，直接封装发出；如果没有对方的MAC地址并且PC2与PC1在同一网段，会匹配直连路由，发送arp请求报文，从条目的出接口直接请求PC的MAC地址；如果对方不和自己在同一网段，而且PC配置了网关，相当于匹配到了默认路由，直接发arp请求报文请求网关的MAC地址；如果没有配置网关，会直接请求对方的MAC地址，这时只能在路由器开启代理功能后才能保证通信成功。
以填了网关为例子，我们通过arp获得的对方的网关的MAC地址，这时候将封装好的报文从接口发送出去到达交换机，交换机（没有进行任何配置，默认只有vlan1）先会打上vlan1的tag，然后进行地址学习，再查看MAC地址表，因为在之前进行arp请求的时候，在e0/0/2接口上已经学习到了路由器g0/0/0接口的MAC地址表项，所以这里直接将报文从交换机的e0/0/2接口精确转发出去，如果没有表项，则会进行泛洪操作。
这时R1接口收到报文后，首先会进行MAC地址的比较，并发现就是自己接收接口的MAC地址，然后会根据类型字段发现上层是一个ipv4报文，这时会以ipv4的方式进行上层报文的读取，并会发现目的IP地址不是自己，于是进行转发。转发时首先会按照报文的目的IP地址查看IP路由表，在路由表中匹配到了直连的路由条目，找到出接口，封装自己出接口的MAC地址为源MAC地址，报文中目的IP所对应的MAC地址为目的MAC。如果有对方的MAC地址，网络层和以上的数据不变，封装好MAC地址后发送出去；如果没有对方的MAC地址，而会因为报文转发匹配的是直连的路由条目，则发ARP报文直接请求目的IP的MAC地址。
报文封装好目的MAC地址后从对应的出接口发送到达PC2，PC2首先会对报文中的目的MAC地址和自己的接收接口的MAC地址作比较，发现相同后解封装到网络层，并发现目的IP地址就是自己的接收接口的MAC地址，于是查看协议字段拆包到传输层的TCP处理模块，通过TCP的读取格式读取TCP的协议类容，这时发现对方是一个三次握手中的第一个报文，SYN字段为1，会返回一个确认的报文，首先将TCP报文封装在IP报文里面，然后查看路由表确定源目MAC地址，目的MAC，没有网关的MAC地址会进行相应请求，然后从出接口发送出去。回复的过程比较类似，这里就不详细说明了。

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