网卡和路由器

小灰灰 2021-05-12 11:55 535阅读 0赞

一、网卡：

每一块网卡都有唯一的标志：11:27:F5: 8A:79:54 ，人们把它叫做MAC地址，简单起见，你可以叫我 “TP-Link 7954”。有了网卡，我们要想上网还需要获取ip，以及DNS域名转换等。下面我们就来描述这几个过程是如何进行的。

1、DHCP(动态主机配置协议)动态地址分配过程：

主机首先需要在局域网内发送一个广播，来获得DHCP动态分配的ip地址。

报文的格式：先是一个应用层的DHCP发现报文， 然后被一个UDP的报文封装，然后再被一个IP的数据报封装。

![20180530211306799][]

网卡是工作在数据链路层，到达网卡后，必须得知道对方的MAC地址才能发信，如果不知道，网卡就对外广播， 那就是所有的电脑都会收到（显然这次是需要广播的）。于是网卡又封装了一层（否则交换机无法读取这样的信息）

![20180530211402129][]

目的地： FF:FF:FF:FF:FF:FF　（广播到同一子网内的所有电脑），发件人： 11:27:F5:8A:79:54  (就是我自己了)，然后我就把它通过网线发给了交换机，交换机看到FF:FF:FF:FF:FF:FF， 立刻转发给了所有连到交换机的设备。

不出所料，这个局域网里确实有DHCP服务器， 而且还不止一个！没有多久，交换机转来两封信，我拆开其中一封，里边写着：“我是DHCP服务器192.168.1.1，我这里有个空闲的IP192.168.1.2，你租不租？”另外一封信也差不多， 是另外一个DHCP服务器发来的，提供了另外一个IP地址。

最终选了192.168.1.2这个ip，然后把需要再发一个广播信息”我选了192.168.1.2这个ip“，然后会收到这样的回复：“这是一个确认信， IP 192.168.1.2 给你了。 网关路由器是192.168.1.1 , DNS服务器的地址是 202.102.224.69”

经过这个步骤，我们电脑中就保存了这样的上网配置信息：

我们的IP : 192.168.1.2网关路由器：  192.168.1.1DNS服务器： 202.102.224.69

如果重启电脑，这个过程还会再次进行。

网络结果如下图：

![70][]

2、DNS和ARP：

搞定了IP，我们在浏览器上输入域名（www.baidu.com）访问到百度站点，还得要知道这个域名对应的ip才可以。这个时候我们想到了上面分配IP地址的时候，同时告诉了DNS服务器，那我们问问DNS不就可以了吗？

于是准备发这样的一封信：

发件人： 192.168.1.2    (我们刚刚搞定的IP)  
收件人： 202.102.224.69   (DNS服务器)

内容：  哥们， 给我查查www.baidu.com 的IP地址吧

可是突然发现，我们仅仅知道DNS的ip，又不知道mac，而且DNS服务器不在我们的局域网内，这该怎么发送？

答案：把这个信发给网关路由器，他会想办法转给 DNS服务器的。（交换机只负责局域网内的事情，出了局域网就是路由器的事了）

网卡要想直接给路由器发送信息，同样需要知道路由器的mac地址，上面在分配IP地址的时候，只有路由器和DNS的ip，没有任何mac地址信息，那这些mac地址信息该如何获取呢？

答案是：ARP（地址解析协议）

我可以把下面的消息广播出去，这个子网内的所有机器都会收到， 网关路由器也不例外， 他收到以后，一看是查询自己的MAC地址，就会创建一个ARP的应答。

收件人： FF:FF:FF:FF:FF:FF　（同一子网内的所有电脑）  
发件人： 11:27:F5:8A:79:54  (就是我自己了！)

内容：呼叫网关路由器（192.168.1.1)， 请问你的MAC地址是什么？

过了一会， ARP应答果然来了， 我们看到了网关路由器的MAC地址： 88-25-93-79-E0-C8

有了网关路由器的MAC地址， 剩下的事情就好办了， 我只需要把之前准备好的DNS查询发给网关路由器即可。路由器能抽取这个DNS查询的数据报， 看到收件人是202.102.224.69  (DNS服务器)， 自然可以转发出去。

DNS服务器很快就返回了www.baidu.com的IP : 115.239.211.112

到此为止，我们既可以畅通无阻的上网了。总结一下：

1.  首先通过DHCP获取本机ip、dns的ip、路由器的ip；
2.  通过arp获取路由器的mac地址；
3.  给路由器发送信息（DNS的ip和域名），获取DNS服务器查询的具体域名对应ip；

二、路由器：

我就是网卡TP-Link 7954经常和大家提起的网关路由器，为啥叫网关呢？ 因为大家想上网，一定得经过我这一关，这不是开玩笑，确实是这样， 所有的对局域网之外的访问那非得经过我不可。

其实我直接和ISP(就是联通！)的网络相连，  我从联通那里搞了一个外网的地址： 61.52.247.112 。可是只有这么一个地址，我们局域网内这么多电脑，如果轮流着让每个电脑去用，那大家可就抱怨死了。于是我巧妙的构思了一个网络世界， 成功的欺骗了TP-Link 7954这些网卡们。

1、NAT (网络地址转换)

还记得上次TP-Link 7954 向我要地址的事儿吗 ? 因为我不仅仅是个路由器， 还是一个DHCP服务器， 掌握着这个局域网的IP生杀大权。

我给TP-Link 7954 分配的IP是 192.168.1.2 ，但是他拿这个地址是无法直接上网的， 因为这是属于我管辖的内网地址， 别的网站像www.baidu.com  根本都不知道！即使知道了也没用， 因为在这个世界上可能有无数的路由器都会分配192.168.xxx.xxx 这样的地址， 你到底要找哪一个？所以TP-Link 7954 想上网必须得通过我， 我需要施展一点点小魔法， 比如说它想访问百度， 通过交换机给我发来这么一个数据帧：

![70 1][]

我把数据链路层的外衣去掉， 发现IP数据包中的目标地址是 115.239.211.112， 我就知道这是要向外网发出请求了。于是我就把IP数据包中的源地址192.168.1.2 替换成我从联通那里搞到的外网地址  61.52.247.112。这还不够， 我会创建一个新的端口号2001， 把TCP数据包中的源端口也替换掉， 数据包就变成了这个样子：

![70 2][]

不知道你看出来其中的奥妙没有，我把源地址和源端口都替换了， 其实我的目的就是让外部的网络认为这是我（路由器）发出的， 他们根本不知道什么TP-Link 7954 这个网卡 ！

然后我需要查一下我的路由表，确定到底转发到哪个输出端口去，再给这个IP数据报穿上数据链路层的外衣，把数据包发给了联通的网络， 剩下的事我就不管了。

![70 3][]

注意看以太网帧的MAC地址， 源地址已经是我了，而不是TP-Link 7954了， 因为这是我和联通网络之间的数据链路。这个替换源地址和源端口的小把戏就叫做网络地址转换 , 简称为**NAT**。

当然不只是TP-Link7954通过我上网， 还有很多别的电脑呢， 我得把我的小把戏记下来 ，形成这么一张表：

![70 4][]

过了不久， baidu 网站的回复就会通过别的路由器转到我这里，正如你所想的， **我需要反过来处理一遍**：

1.  首先去掉数据链路层的外衣，发现TCP和IP数据报中包含这样的信息：目的地IP : 61.52.247.112 , 端口 2001 
2.  这时候我就去查表， 找到了 192.168.1.2:3345  ， 我就明白这是给TP-Link 7954的信了，那就再次把数据报中的IP地址和端口号改了吧， 让TP-Link 7954 认为这个数据包就是我给他的。

就这样， 我成功的用区区一个外网的IP就支持了局域网内多个电脑的上网需求， 并且他们根本就不知道是怎么回事！

2、NAT 穿越

路由器通过NAT这种欺骗的方式终究是不能长久的，麻烦很快就来了。有一天在TP-Link7954电脑上安装了一个P2P软件：电驴，接下来就发现了问题。

所谓的P2P就是Peer to Peer，即网络中的机器是对等的，所有使用电驴的机器不仅仅是一个发起请求下载数据的客户端，他们同时也是一个能够接受请求，向外发送数据的服务器。这样一来，当下载大文件的时候， 你就可以从很多安装了电驴的机器上分块下载，而不是仅仅从一个服务器上下载， 速度快了很多。

TP-Link7954 很快就发现， 当它试图做服务器的时候， 其他电驴根本就连不上它， 为什么？ 因为IP地址是路由器分配的啊， 是个内网地址 192.168.1.2， 外网的人根本就不知道， 怎么连？（路由器辩解道：现在外网IP地址很稀缺， 我用这种NAT的方法也是不得已而为之，而且电驴这种p2p会占用很大流量...）

TP-Link 7954倒是很聪明，他立刻就意识到了问题所在，想出了解决办法：

“这样吧，路由器，你不是擅长搞玩小把戏吗， 可以继续玩下去， 但是得允许我们这些网卡参与进来玩， 比如说我（ip地址192.168.1.2）会主动的要求你建立一个NAT映射 (192.168.1.2 : 4096) <-> (61.52.247.112: 3001)。

“你还可以保存在你的NAT表中，  然后我就会对外通告了， 我是一个电驴服务器， 谁要是想连接我的话，请到这里来：61.52.247.112: 3001，当外网的连接来的时候， 你必须把连接请求转发到我这里来”

大家一致认为这个方法很简单， 很实用， 就这么决定了。

其实这就是这其实就是UPnP，打开路由器，可以看到这项配置。

声明：文章转自

https://mp.weixin.qq.com/s?\_\_biz=MzAxOTc0NzExNg==&mid=2665513160&idx=1&sn=d938db4f1a2d62514b57e92fd8d3d749&scene=21\#wechat\_redirect

和

https://mp.weixin.qq.com/s?\_\_biz=MzAxOTc0NzExNg==&mid=2665513173&idx=1&sn=6ec5281b12ed5195070fa4df22383595&scene=21\#wechat\_redirect

[20180530211306799]: /images/20210511/f5943c03a36e429689c870f5ee4dd176.png
[20180530211402129]: /images/20210511/2f79f44de2c94b229e14dd18a8daac01.png
[70]: /images/20210511/ef56fb6e66584415a8dc3a85e497d6e1.png
[70 1]: /images/20210511/0aa475a7f26840dd866ca678ac441131.png
[70 2]: /images/20210511/a7a4c31013cd4826aefdffa082cf297c.png
[70 3]: /images/20210511/2d14e0f273374275b119178deba1ce4d.png
[70 4]: /images/20210511/43d1eedf4e964ac4a5844506bdde7710.png