TCP/IP 協議報文轉發
TCP/IP 協議簡介
TCP/IP協議允許計算機、智能手機和嵌入式設備之間通信，並且可以兼容來自不同計算機生產商的設備和各種不同的軟件。TCP/IP協議是一個開放的系統，協議族定義和許多實現是公開的，他是構成全球網絡的基礎。TCP/IP層協議採用四層結構，分別是應用層，傳輸層，網絡層和鏈路層。如下圖所示：
TCP/IP 協議數據包轉發
通過上圖，我們可以看到，當我們通過 WIFI 接入互聯網是，是如何訪問網絡上的服務器的。以 HTTP 請求爲例：
- 我們首先通過域名 www.xxx.com 去訪問，此時 機器X 會通過 DNS 域名解析器 拿到 服務器R4 的IP地址
- 機器X 在自己的轉發表中查找，沒有找到對應的IP地址的路由，此時使用默認的路由，將數據包的下一跳指定爲 無線路由器R1
- 機器X 廣播 ARP 協議，根據R1的 IP 地址，尋找對應的 MAC 地址
- R1 收到 ARP協議後，發現IP 地址與自己一致，告訴 X 自己的 IP 地址，其餘接受到 ARP 協議的 機器，發現 IP 地址與自己不對應，直接丟掉請求
- X 將 HTTP 請求 封裝成 IP 數據包 通過網絡接入點a 發送給 R1 ，數據包的源IP是X的IP，目的IP是R4的IP ，以太網地址的源地址是X的MAC地址，目的地址是R1的MAC地址
- R1 接收到X的數據包，首先 鏈路層 去解析以太網首部，發現目的地址與自己的MAC地址一致，然後將數據包傳遞到上層的 網絡層，網絡層 解析 IP 首部，發現目的地IP 與自己不一致，然後會查自己的轉發表，將請求通過 網絡接入點b 發出去，此時發出去的數據包，源IP替換爲R1的IP（正常情況下，源IP是不會變的，此時由於無線路由器使用了NAT轉換，所以將源IP替換爲R1的外網IP），目的IP爲R4的IP，以太網地址的源地址爲R1的MAC地址，目的地址爲R3的MAC地址
- 交換機 R2 接收到了R1 的數據包，解析以太網首部，根據目的MAC地址，通過自己的數據庫，直接通過 端口b 轉發數據包，不對數據包做任何處理（也有可能將以太網首部的源地址替換爲自己的MAC地址）
- R3 接收到了 數據包，解析之後發現目的地IP與自己不一致，然後會查自己的轉發表，將請求轉發到R4，數據包的源IP是R1的外網IP，目的IP是R4的IP，以太網地址源地址是R3的地址，目的地址是R4的地址。
- R4收到數據包後發現MAC地址和IP地址與自己一直，將請求最後傳到應用層HTTP協議去處理，得到相應結果之後，會根據自己收到數據包的源IP（R1的外網IP），將響應的數據包經過網絡最終發送到R
- R1收到數據包後，由於R1使用了NAT網絡地址轉換，R1會根據自己內部的 NAT 的映射表，最終將請求發送到我們的機器X
名詞解釋
- 交換機：位於TCP/IP協議的鏈路層，本質上是高性能的網橋。用於連接多個物理的鏈路層網絡或成組的站。最基本設置設計連接兩個交換機來形成一個擴展的局域網。交換機內部有一個MAC地址和對應端口的映射表。
- 路由器：位於TCP/IP協議的網絡層，路由器與早期的網橋相比有很多的變化和不同。 通常而言，網橋的侷限性比較大，它只能夠連通的 鏈路層 相同或者類似的網絡，不能夠連接 鏈路層 之間有着較大差異的網絡。但是路由器卻不同，它打破了這個侷限，能夠連接任意的兩種不同的網絡，但是這兩種不同的網絡之間要遵守一個原則，就是使用相同的網絡層協議，這樣才能夠被路由器連接。
- NAT(網絡地址轉換)：本質上是一種允許在互聯網的不同地方重複使用相同的IP地址集的機制。建立NAT的主要動機是真在急劇減少的有限IP地址空間。使用NAT最常見的情況是，唯一與Internet連接的站點僅被分配了很少的幾個IP地址（甚至只有一個IP地址），但是內部卻有多臺主機需要同時上網。
參考資料
- NAT網絡地址轉換：https://www.cnblogs.com/imstudy/p/5458133.html
- TCP/IP詳解 卷一：協議