一、家庭網(wǎng)

這個(gè)問(wèn)題說(shuō)難不難，但是要想解釋清楚，我們還是需要一些基礎知識。

1. 家庭網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介

如上圖是一口君家庭網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)環(huán)境。

• 要連接公網(wǎng)，必須通過(guò)Modem撥號才能上網(wǎng)，撥號通過(guò)pppoe協(xié)議撥號
• wlan路由器的wan口鏈接ADSL 貓，會(huì )動(dòng)態(tài)獲取一個(gè)公網(wǎng)IP地址100.87.59.254，在廣域網(wǎng)內，任何一個(gè)主機，均可以訪(fǎng)問(wèn)到該ip地址
• 臺式機、手機、ipad、筆記本等終端可以通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的方式通過(guò)共享無(wú)線(xiàn)路由器的wan口訪(fǎng)問(wèn)公網(wǎng)
• 終端通過(guò)路由器的dhcp協(xié)議自動(dòng)獲取的地址是局域網(wǎng)地址，pc獲得地址是192.168.0.104，網(wǎng)段是192.168.0.0/24，但是我們無(wú)法使用該地址直接訪(fǎng)問(wèn)公網(wǎng)
• 局域網(wǎng)內終端通過(guò)共享WAN地址上網(wǎng)，所有走wlan路由器的數據包都要通過(guò)NAT協(xié)議進(jìn)行源、目的IP，源、目的端口號的轉換
• 局域網(wǎng)內終端之間通信運行的是以太網(wǎng)協(xié)議，網(wǎng)卡通過(guò)mac地址過(guò)濾數據幀
• 要獲取局域網(wǎng)內其他網(wǎng)口的mac地址需要通過(guò)arp協(xié)議
• 公網(wǎng)內路由器之間數據傳輸一般是ppp協(xié)議

WAN口地址：「100.87.59.254」

2. 本地IP地址

一口君的pc是通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接的無(wú)線(xiàn)路由器。PC網(wǎng)絡(luò )信息如下：

ipconfig /all

本機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡信息：

ip地址:「192.168.0.104」mac地址：「44-33-4C-FF-5A-22」子網(wǎng)掩碼：「255.255.255.0」默認網(wǎng)關(guān)：「192.168.0.1」DHCP服務(wù)器：「192.168.0.1」

后面幾章我們普及下一些網(wǎng)絡(luò )的基礎知識。

二、router路由器

路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要結點(diǎn)設備。路由器通過(guò)路由決定數據的轉發(fā)。

轉發(fā)策略稱(chēng)為路由選擇（routing），這也是路由器名稱(chēng)的由來(lái)（router，轉發(fā)者）。

作為不同網(wǎng)絡(luò )之間互相連接的樞紐，路由器系統構成了基于TCP/IP 的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )Internet 的主體脈絡(luò )，也可以說(shuō)，路由器構成了Internet的骨架。

第一章圖中的無(wú)線(xiàn)路由器就是我們最常用的路由器。

通常有一個(gè)wan口，4個(gè)物理連接網(wǎng)口。既可以通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接，也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接，通常帶寬100M到450M。

此外還有只有在一些大型的機房中才能看到的大型路由器。這些路由器性能強悍，帶寬可高達T一級。

以下是1個(gè)企業(yè)級網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)拓撲圖，我們通常用圖中的圖標表示路由器：

路由器的一些使用規則：

• 路由器工作在IP(網(wǎng)絡(luò ))層;
• 路由器用來(lái)連接不同的網(wǎng)絡(luò )；
• 路由器的每一個(gè)接口都必須是不同網(wǎng)段的；
• 路由器之間互聯(lián)是接口直接連接，一般用ppp協(xié)議通信；
• 處于不同網(wǎng)絡(luò )中的2個(gè)設備要想互相通信，必須通過(guò)路由器；
• 一個(gè)成熟穩定的網(wǎng)絡(luò )，路由器必須知道每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備到達另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的通路，否則會(huì )直接丟棄，路由器通過(guò)路由表來(lái)維護這些通路；
• 路由器只解析到數據包的IP層（傳輸層和應用層不會(huì )查看）

三、路由表

剛才我們說(shuō)了，公網(wǎng)里，數據包要想到達目的地，必須通過(guò)設備路由器，那么路由器是如何知道把數據包送到目的地的呢？

就要通過(guò)路由表。

1. 「ip頭」

公網(wǎng)中的數據包都是ip數據包，ip數據包頭中有個(gè)非常重要的協(xié)議字段：「目的地址」。

一口君隨機抓取了一個(gè)本機網(wǎng)絡(luò )通信的ip數據包：

如上圖所示， 源ip地址是：192.168.0.104 目的ip地址是：140.246.147.33

很顯然，源地址是一個(gè)c類(lèi)地址，就是本機地址，也是一個(gè)私網(wǎng)地址， 目的地址是一個(gè)公網(wǎng)地址。

路由器之所以能轉發(fā)數據包就是靠路由表和ip數據包的目的ip地址+源ip地址。

2. 路由表

以下是windows下的路由表

route print

路由表中包含了若干個(gè)路由條目。

「PC路由條目：」

永久路由：

該條路由其實(shí)是一條默認路由，表示如果查找不到路由條目，就將數據包發(fā)送給192.168.0.1這個(gè)ip地址所在的路由器。

3. 公網(wǎng)中路由器非常的多，路由器是如何知道到達所有的網(wǎng)絡(luò )的通路的呢？

通常借助ospf、rip等協(xié)議可以動(dòng)態(tài)學(xué)會(huì )到達各個(gè)網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議。

廣域網(wǎng)中的設備路由協(xié)議更加復雜，往往需要專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò )工程師搭建網(wǎng)絡(luò )。

此塊內容不再

四、DHCP+wlan

家用路由器也是路由器一種，只是他只能連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )，一個(gè)是局域網(wǎng)，一個(gè)是與運營(yíng)商連接的那個(gè)網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)路由器上設置撥號賬號以及設置無(wú)線(xiàn)ssid、密碼在此不討論。

1. PPPOE撥號

家用路由器上網(wǎng)通常是通過(guò)PPPoE撥號上網(wǎng)，賬號密碼由運營(yíng)商提供。

撥號成功后會(huì )獲得一個(gè)公網(wǎng)IP。

如果擁有一個(gè)固定的公網(wǎng)IP，那么此處也可以設置固定ip。

「一口君當年第一份工作是在ZTE，參與開(kāi)發(fā)的第一個(gè)項目就是在路由器中實(shí)現PPPoE client模塊，一把辛酸淚啊?！?/strong>

2. DHCP

DHCP（動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議）是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。指的是由服務(wù)器控制一段IP地址范圍，客戶(hù)機登錄服務(wù)器時(shí)就可以自動(dòng)獲得服務(wù)器分配的IP地址和子網(wǎng)掩碼。

如上，地址池地址是192.168.0.100~192.168.0.199；這就是為什么我們的終端連接家用路由器之后，獲得地址「192.168.0.104」。

分配動(dòng)態(tài)ip地址的時(shí)候，同時(shí)也會(huì )分配DNS服務(wù)器地址和網(wǎng)關(guān)地址。這也就是為什么，我們并沒(méi)有設置任何路由條目，但是我們能上網(wǎng)的原因。

以下是連接到無(wú)線(xiàn)路由器的客戶(hù)端的MAC地址和IP地址信息：

3.  局域網(wǎng)

以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)，但是因為現在大部分的局域網(wǎng)均為以太網(wǎng)，因此一般提及局域網(wǎng)都會(huì )默認為以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)是一種總線(xiàn)型局域網(wǎng)，它并不是一種具體網(wǎng)絡(luò )，而是一種技術(shù)規范，由施樂(lè )公司創(chuàng )建，并由施樂(lè )、Intel和Dec公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的局域網(wǎng)規范。

上述家用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，大多數是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，是基于IEEE802.11標準，在這個(gè)標準下的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)大多使用的是2.4GHz 或5GHz的射頻。

「工作原理：」

采用載波監聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測（CSMA/CD）機制。

以太網(wǎng)中結點(diǎn)都可以收到在網(wǎng)絡(luò )中傳送的所有信息。因此，以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò )。

「實(shí)例：」

總線(xiàn)上的每一個(gè)工作的計算機都能檢測到 B 發(fā)送的數據信號。由于只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫(xiě)入的地址一致，因此只有 D 才接收這個(gè)數據幀。其他所有的計算機（A, C 和 E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數據幀，因此就丟棄這個(gè)數據幀而不能夠收下來(lái)。這樣就在具有廣播特性的總線(xiàn)上實(shí)現了一對一的通信。

4. Mac地址

在以太網(wǎng)中，硬件地址又稱(chēng)為物理地址，或 MAC 地址，６個(gè)字節，共48 位。

IEEE 的注冊管理機構 RA 負責向廠(chǎng)家分配地址字段的前三個(gè)字節(即高位 24 位)。

適配器從網(wǎng)絡(luò )上每收到一個(gè) MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.

如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理,否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。

5. ARP

假如我們要訪(fǎng)問(wèn)局域網(wǎng)中的另外一個(gè)pc上的進(jìn)程，假設我們只知道對方的IP地址，那么如何才能知道對方的mac地址呢？

可以通過(guò)ARP協(xié)議。

ARP（地址解析）協(xié)議是一種解析協(xié)議，本來(lái)主機是完全不知道這個(gè)IP對應的是哪個(gè)主機的哪個(gè)接口，當主機要發(fā)送一個(gè)IP包的時(shí)候，會(huì )首先查一下自己的ARP高速緩存（就是一個(gè)IP-MAC地址對應表緩存），如果查詢(xún)的IP－MAC值不存在，那么主機就向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送一個(gè)ARP協(xié)議廣播包。

這個(gè)廣播包里面就有待查詢(xún)的IP地址，而直接收到這份廣播的包的所有主機都會(huì )查詢(xún)自己的IP地址，如果收到廣播包的某一個(gè)主機發(fā)現自己符合條件，那么就準備好一個(gè)包含自己的MAC地址的ARP包傳送給發(fā)送ARP廣播的主機。

而廣播主機拿到ARP包后會(huì )更新自己的ARP緩存（就是存放IP-MAC對應表的地方）。發(fā)送廣播的主機就會(huì )用新的ARP緩存數據準備好數據鏈路層的的數據包發(fā)送工作。

windows 的arp表查詢(xún)：

arp -a

如上圖所示，是PC緩存的arp表。其中192.168.0.1 80-8f-1d-c7-a6-07就是無(wú)線(xiàn)路由器的LAN口ip地址、MAC地址。

5. NAT

最后一個(gè)知識點(diǎn)是，局域網(wǎng)內的終端是如何共用一個(gè)wan口來(lái)上網(wǎng)的？

主要通過(guò)NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò )地址轉換）協(xié)議來(lái)實(shí)現的。

NAT是1994年提出的。當在專(zhuān)用網(wǎng)內部的一些主機本來(lái)已經(jīng)分配到了本地IP地址（即僅在本專(zhuān)用網(wǎng)內使用的專(zhuān)用地址），但現在又想和因特網(wǎng)上的主機通信（并不需要加密）時(shí)，可使用NAT方法。

這種方法需要在專(zhuān)用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件。裝有NAT軟件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一個(gè)有效的外部全球IP地址。這樣，所有使用本地地址的主機在和外界通信時(shí)，都要在NAT路由器上將其本地地址轉換成全球IP地址，才能和因特網(wǎng)連接。

另外，這種通過(guò)使用少量的公有IP 地址代表較多的私有IP 地址的方式，將有助于減緩可用的IP地址空間的枯竭。在RFC 2663中有對NAT的說(shuō)明。

「舉例：」

經(jīng)過(guò)NAT轉換的數據包IP地址替換見(jiàn)下圖：

如上圖所示：

1. 從局域網(wǎng)內部發(fā)往路由器的數據包，源ip：192.168.0.104，經(jīng)過(guò)路由器之后源ip替換為WAN口地址：100.87.59.254
2. 從服務(wù)器返回的數據包目的ip地址：100.87.59.254，經(jīng)過(guò)路由器之后又被替換成了192.168.0.104，這樣數據包就可以發(fā)送到局域網(wǎng)內部的某個(gè)終端了

五、 總結

綜上，我們可知，粉絲的問(wèn)題答案：

1. 路由器的IP地址分wan口和lan口，wan口地址是PPPoE撥號時(shí)運營(yíng)商的其他設備分配的用于公網(wǎng)尋址，lan口地址在路由器中設置, 用于和局域網(wǎng)內終端通信
2. 終端連接無(wú)線(xiàn)路由器時(shí)，路由器通過(guò)dhcp協(xié)議給終端分配了動(dòng)態(tài)ip地址，通過(guò)DHCP的地址池可以設置分配的ip地址的范圍
3. 分配ip地址的時(shí)候，同時(shí)終端會(huì )將無(wú)線(xiàn)路由器的lan口地址設置為自己的默認網(wǎng)關(guān)，所以pc訪(fǎng)問(wèn)外網(wǎng)，所有的數據包都會(huì )發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，就是無(wú)線(xiàn)路由器
4. 當用戶(hù)要訪(fǎng)問(wèn)外網(wǎng)的時(shí)候，需要知道網(wǎng)關(guān)的mac地址，如果arp緩存中沒(méi)有對應的的arp條目，那么就通過(guò)arp協(xié)議找到lan口的mac地址，因為網(wǎng)關(guān)地址已分配
5. 局域網(wǎng)內終端通過(guò)共享WAN地址上網(wǎng)，所有走wlan路由器的數據包都要通過(guò)NAT協(xié)議進(jìn)行源、目的IP，源、目的端口號的轉換