我們現(xiàn)在基本上每天都在使用網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)上進行互相通信，但你知道你電腦發(fā)送的信息是如何傳遞到遠(yuǎn)端電腦上的呢？本篇就講述一下網(wǎng)絡(luò)傳輸原理過程。
首先，我們先得了解一下數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝過程，這是啥意思呢，比如說你在QQ上發(fā)消息“Hello”給你的朋友。這句話想要在網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸時是需要處理過的，那計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議通常劃分為七層。自下而上依次為：物理層（Physics Layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）、傳輸層（Transport Layer）、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）、應(yīng)用層（Application Layer）。
其中下四層完成數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，上面三層面向用戶。數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，要從高層一層一層的向下傳送，如果一個主機要傳送數(shù)據(jù)到別的主機，每層協(xié)議都要加上一個相對應(yīng)的頭部，這個過程稱為封裝。
就好比寄信一樣，為了把“Hello”這條消息發(fā)送到目的地，首先在傳輸層我們要把這消息打包到數(shù)據(jù)段里，然后網(wǎng)絡(luò)層要將你的“寫信人地址”和“收信人地址”寫到數(shù)據(jù)段上面，即：將數(shù)據(jù)的源IP地址和目的IP地址分別打包，這樣才知道你的這條信息是要送到哪里的。接下來數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)把IP地址對應(yīng)到硬件地址(mac)，因為要找到遠(yuǎn)端相應(yīng)的計算機是要根據(jù)硬件地址來查找的。最后在物理層變成比特流也就是一串0和1，也就是變成了低電壓和高電壓的信號這樣就可以通過網(wǎng)線傳送出去了。
數(shù)據(jù)被封裝并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸后，接收設(shè)備將刪除添加的信息，并根據(jù)報頭中的信息決定如何將數(shù)據(jù)沿協(xié)議棧向上傳給合適的應(yīng)用程序。這個過程叫解封裝。最終將數(shù)據(jù)交給QQ應(yīng)用程序進行處理。這樣對方就可以看到你發(fā)送給他的“Hello”這條信息咯。
明白數(shù)據(jù)的封裝和解封裝對理解數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸相當(dāng)重要，以下以telnet遠(yuǎn)程登錄的實例講解數(shù)據(jù)包封裝和解封裝以及數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸過程。
如圖，IP設(shè)備中，PC1和PC2連接在同一個集線器上，R1和R2通過串行線路相連，集線器則連接在路由器R1上，一臺二層交換機連接在R2，在它上面連接著的PC1需要遠(yuǎn)程登錄的服務(wù)器(Server)，以及另外一臺PC3：
下面是PC1使用Telnet登錄服務(wù)器的具體步驟：
1）首先，PC1封裝數(shù)據(jù)包，它用本地網(wǎng)絡(luò)號比較要去往的目的地IP（202.2.2.2），發(fā)現(xiàn)此IP不在本地網(wǎng)絡(luò)(202.1.1.0)當(dāng)中，PC1知道要發(fā)往其他網(wǎng)段的數(shù)據(jù)先要發(fā)給網(wǎng)關(guān)路由器R1的fa0/0接口（202.1.1.1），PC1先在本地ARP緩存中查找202.1.1.1的MAC地址，如果找到的話就用它封裝，如果沒有找到就發(fā)送ARP進行查詢，再利用查詢到的網(wǎng)關(guān)MAC（111111111111）進行封裝。
2）PC1將數(shù)據(jù)傳至到傳輸層，然后分段處理，由于Telnet使用的是TCP協(xié)議，所以PC1使用本地一個大于1024的任意端口作為源端口，在這里假設(shè)是1234，目的端口為23，這兩個端口添加到傳輸層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元中；數(shù)據(jù)在傳輸層封裝好后被傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層在數(shù)據(jù)頭部添加源IP（202.1.1.2）以及目的IP（202.2.2.2）；數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層封裝好后，被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層，在局域網(wǎng)中這一層主要是在數(shù)據(jù)頭部添加源MAC（AAAAAAAAAAAA）以及目的MAC(111111111111)，然后數(shù)據(jù)尾部添加一個CRC效驗，封裝好后如圖：
現(xiàn)在可能大家覺得很奇怪，為什么目的MAC是網(wǎng)關(guān)的MAC而不是Server的MAC呢？由于MAC只是用于局域網(wǎng)內(nèi)尋址，發(fā)往其他網(wǎng)段的數(shù)據(jù)都要先經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，假設(shè)封裝的MAC是Server的MAC的話，數(shù)據(jù)被傳送到路由器R1后，R1檢查MAC地址，發(fā)現(xiàn)不是發(fā)往本路由的，就會直接丟棄這個數(shù)據(jù)，那樣PC1就不可能和Server通信成功了。
數(shù)據(jù)鏈路層封裝后的數(shù)據(jù)幀被傳到物理層，轉(zhuǎn)換成二進制形式的比特流，從PC1的網(wǎng)卡發(fā)送出去。物理層的用途就是處理比特流，把比特轉(zhuǎn)換成電子、光學(xué)或微波信號。反之在接收端，物理層從傳輸媒體中重新得到這些信號，恢復(fù)成比特流，傳輸比特流到數(shù)據(jù)鏈路層。
3）PC1發(fā)送的比特流到達集線器，集線器將數(shù)據(jù)信號放大，并把它從接收端口之外的其他接口進行發(fā)出，PC2和R1都會收到這個數(shù)據(jù)，PC2收到這個數(shù)據(jù)包，把比特流轉(zhuǎn)換成幀上傳到數(shù)據(jù)鏈路層，PC2比較數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，發(fā)現(xiàn)與本機網(wǎng)卡的MAC地址不同，PC2將會丟棄數(shù)據(jù)幀，放棄處理。
4）路由器R1收到該比特流，轉(zhuǎn)換成幀上傳到數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)現(xiàn)目的MAC地址是本機fa0/0接口的MAC地址，它將會解封裝該幀，上傳到網(wǎng)絡(luò)層，那么網(wǎng)絡(luò)層R1看到這個數(shù)據(jù)包的目的地址是202.2.2.2，并不是發(fā)給本路由的，就需要進行轉(zhuǎn)發(fā)。R1對本地路由表進行查看，發(fā)現(xiàn)需要將這個數(shù)據(jù)從s0/0接口發(fā)出，但是此時R1并不能直接將數(shù)據(jù)進行發(fā)出，原因是數(shù)據(jù)在被解封裝到網(wǎng)絡(luò)層后還需要進行再封裝才能從物理層發(fā)出；因為R1和R2之間是串行線路，串行線路與局域網(wǎng)不一樣，不是使用MAC通信，串行線路的通信協(xié)議可能為PPP或者是HDLC（這里假設(shè)是PPP協(xié)議），并且在一端發(fā)出另一端就一定能收到。所以在數(shù)據(jù)發(fā)出去之前，在R1的數(shù)據(jù)鏈路層給這個數(shù)據(jù)包封裝PPP協(xié)議頭部時，從s0/0發(fā)出，此時，數(shù)據(jù)幀格式如下圖·：
數(shù)據(jù)鏈路層封裝后的數(shù)據(jù)幀被傳到物理層，轉(zhuǎn)換成二進制形式的比特流，從路由器R1的s0/0接口發(fā)送出去。
5）路由器R2收到這個比特流，上傳至數(shù)據(jù)鏈路層處理，數(shù)據(jù)鏈路層丟棄了PPP封裝，上傳至網(wǎng)絡(luò)層處理；網(wǎng)絡(luò)層發(fā)現(xiàn)了這個數(shù)據(jù)包的目的地址并非本路由，但是目的連接在本路由的以太網(wǎng)接口上，這個時候如果R2有Server的MAC地址，就直接用Server的MAC地址封裝，否則它先發(fā)送ARP查詢，在收到回應(yīng)后進行封裝，封裝后的數(shù)據(jù)幀從fa0/0發(fā)出，源地址是fa0/0接口的MAC地址，目的地址是服務(wù)器網(wǎng)卡的MAC地址，如下圖:
數(shù)據(jù)鏈路層封裝后的數(shù)據(jù)幀被傳到物理層，轉(zhuǎn)換成二進制形式的比特流，從R2的fa0/0接口發(fā)送出去。
6）R2發(fā)出的比特流到達交換機，交換機除了對比特流進行放大外，還根據(jù)源MAC地址進行學(xué)習(xí)，根據(jù)目的MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址查詢MAC地址表，把比特流從對應(yīng)的端口發(fā)送出去，當(dāng)交換機的MAC緩存表中存在Server的MAC和對應(yīng)端口，就直接將比特流發(fā)給Server，如果不知道Server的MAC則會發(fā)送ARP查詢，然后再進行轉(zhuǎn)發(fā)；
7）Server收到了該比特流，把比特流轉(zhuǎn)換成幀格式，上傳到數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)現(xiàn)是本機的MAC，Server拆除數(shù)據(jù)鏈路層的封裝后，然后再上傳到網(wǎng)絡(luò)層，發(fā)現(xiàn)目的IP地址是本機的IP，Server拆除網(wǎng)絡(luò)層的封裝后，再把數(shù)據(jù)分段上傳到傳輸層，發(fā)現(xiàn)是訪問本機23端口，最后數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綉?yīng)用層；
8）Server對PC1的應(yīng)答就剛好相反，它將目的IP、源IP以及目的端口、源端口位置對調(diào)，發(fā)回的數(shù)據(jù)幀格式如下：
完整的互聯(lián)網(wǎng)Telnet數(shù)據(jù)包傳輸以及封裝解封裝過程就是這樣。從這個過程中可以看出，數(shù)據(jù)流在中間設(shè)備上執(zhí)行的是OSI模型下三層的操作，物理層設(shè)備就是集線器不對幀格式進行改變以及廣播式轉(zhuǎn)發(fā)；數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，即二層交換機，也不改變幀格式，但可根據(jù)幀的目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)；網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備則會改變幀格式，要進行幀的解封裝再封裝，但不改變數(shù)據(jù)包中源和目的IP地址（會改變數(shù)據(jù)包中的一些字段，比如TTL字段會減1）。
