浅析局域网与广域网中数据传输

现在的互联网中使用的TCP/IP协议是基于OSI（开放系统互联）七层参考模型的，如下表所示。

在进行数据传输时，应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据头部（header），称为封装（Encapsulation），如下图所示。

以太网头部主要包含：目标地址(接收端MAC)、源地址(发送端MAC)

IP头部主要包含：目标地址(接收端IP)、源地址（发送端IP）

基于此，即可知网络中数据传输需要获取发送端与接收端的IP地址与MAC地址，才能完成数据的封装，从而实现数据的传输。假设有A、B两台电脑，A需向B发送数据，则A主机先分别将自身IP、目标设备B的IP地址与自身的子网掩码进行“与”操作（若结果一致，则属于同一网段），从而来判断目标设备B与自身是否在同一网段。若目标设备在同一网段中，即两电脑分布如下图所示。

电脑A与B挂载在同一路由器下，此时A向B发送数据，若A未能获取到目标设备B的MAC地址，而仅知道其IP地址，则A以第二层广播的形式发送ARP请求报文（其中包含A与B的IP地址），同一网段内的其他设备都可以受到这一ARP报文，若发现报文中目标IP与自身IP相同，则向源设备A发回ARP响应报文，从而获取目标设备的MAC地址，即可完成数据的封装，从而实现数据的直接传输。

若存在两电脑A、C，A需向C传送数据，其分布如下图所示。

明显，PC-A与PC-C处于不同网段，其相当于处于广域网中的两台主机，PC-A要发送数据包到PC-C，若PC-A不知PC-C的IP地址，则PC-A需先发送一个dns请求，路由器A或dns解析器会给PC-A回应PC-C的IP地址，故而数据包的所需要的源IP地址（PC-A的IP地址）与目标IP地址（PC-C的IP地址）就都获取到了。

下一步，PC-Ａ需了解如何到达PC-Ｃ，还需了解要到达PC-C需经过的下一跳信息。PC-A发送一个ARP的地址解析请求，路由器A对PC-A的ARP地址请求作出回应：要去往PC-C需先发包到自己这里，此时路由器A将自身的MAC地址发送给PC-A，这样PC-A数据包的源MAC地址（PC-A的MAC地址）与目标MAC地址（路由器A的MAC地址）就都有了，即可以完成数据的封装，从而发送数据包出去了。

路由器A收到此数据包后，首先查看此路由表中是否存在去往PC-C的路由，若不存在，则会丢弃包；若存在，则说明这是一个可路由的数据包，然后路由器对其进行一个所谓的线内重写过程：此处先忽略路由器A与路由器B之间复杂的网络连接，则此时数据包中的源IP需变为路由器的IP，即公网IP，目标IP需变为路由器B的公网IP（运用NAT技术进行地址的映射，路由器对此连接进行跟踪，以便有数据返回时，能正确的将数据返回到相应主机）；源MAC地址变为路由器A的MAC地址，目标MAC地址编为路由器B的MAC地址。完成数据包的重写后，即可将数据包发送到路由器B，路由器B再依据建立的“连接跟踪”来判断此数据包是发送给PC-C的，然后再对数据包进行重写，更改目标IP地址与目标MAC地址，将数据包发送到PC-C中（此处的数据传输为两路由器下的两主机之间的数据传输，由于两主机都在局域网内，即其访问网络时都是通过其路由器对应的公网IP来进行数据传输的，故此种情况下的数据传输一般要依赖于服务器，即PC-A、PC-C先分别与服务器建立连接，从而使得路由器A与路由器B中均存在相应的“连接跟踪”，即当路由器收到相应信息时，能依据“连接跟踪”来判断该将数据发送到那台主机）。

就目前而言，对于那些没有中间服务器的纯 P2P 应用来说，若双方都位于 NAT 设备之后，双方一般是无法建立连接的，因为若没有中间服务器的中转，无法是两端的 NAT 设备上建立相应的映射条目，即对方无法向你发起一个连接。针对这一问题，现在已经有一些P2P－NAT穿越技术来解决这一问题。

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