实训十一——网络通信原理

补充

如何解决IPv4地址不足的问题？

使用专用的IPv4地址范围（如 10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16）并通过NAT转换与外部网络通信，能有效节约公网IPv4地址。

根据RFC 1918的定义，以下是保留的私有IPv4地址范围：

1. 10.0.0.0 到 10.255.255.255 （10.0.0.0/8）

2. 172.16.0.0 到 172.31.255.255 （172.16.0.0/12）

3. 192.168.0.0 到 192.168.255.255 （192.168.0.0/16）

一、对等网络通信原理

公有——公有，私有——私有

1.电脑A封装数据 

• Sport：10000以上的随机端口（临时借用）
• Dport：80（假设）
• SIP：A（已知）
• DIP：B（局域网：查询或访问）（公网：DNS）
• SMAC：A（固定在网卡的ROM中）
• DMAC：R1-1（网关IP地址）（ARP协议）

注：MAC地址仅限局域网内通信，没有办法跨网段，所以目标MAC是R1-1口，因为A和B不在同一个网段，所以A会选择将数据发送给路由器。

       而想要找到路由器，就需要路由器的IP地址，这个IP地址就是我们通常所配置的网关，我们根据网关访问路由器，又通过ARP协议找到R1-1口的MAC地址。

2.流程

1. 电脑A发送数据到交换机，交换机查看自身MAC地址表，发现目标MAC对应2接口（未找到目标MAC就泛洪），就从2接口发出，到达路由器R1的1口
2. 路由器R1接收到数据，丢弃MAC包，查看IP地址，通过检查自身路由表，发现目标IP需要经过2口，到达路由器R2的1口，所以将数据重新封装MAC包
3. 重新封装的MAC包中，SMAC是R1-2口，DMAC是R2-1口，因为两口处于同一个网段，所以路由器R1可以通过ARP请求拿到R2-1口的MAC地址，正常通信
4. R2接收到数据后丢弃MAC包，查看自身路由表，发现目标网段经过R2-2口后，将数据重新封装MAC，SMAC是R2-2口的MAC，DMAC是B的MAC（ARP请求）
5. R2将重新封装好的数据通过2口传递给交换机S2，S2检查自身MAC地址表，找到2接口对应B的MAC地址后，直接将数据发送给B，B收到消息后应答，原路返回。

3.网关

• 用于让局域网内所有电脑能够跨网段通信
• 网关首先是一个路由器，还是默认路由 

非对等通信原理

私有——>公网

拓扑图

电脑A和电脑B——交换机——路由器——公网

1.适不适合对等通信网络？

不适合。因为私有IP可重复，私有网段可以访问公网，但公网找不到私有IP

2.NAT功能（网络地址转换）（PAT）

• NAT是解决IPv4地址不足问题的一项重要技术，通过转换私有IP地址和公网IP地址之间的映射，使得多个设备能够共享一个公网IP地址，实现与互联网的通信
• 基本工作原理：在数据包从内部网络发送到外部网络（如互联网）时，将私有IP地址转换为公网IP地址

路由器中的NAT表

注：PAT是端口地址转换，相较于其他的NAT类型更加实用，所以这里只了解PAT技术 ，如果内网多台电脑访问同一目标IP，响应数据可通过端口返回对应客户端。

问题

1.NAT网络是单向的吗？

是。因为私有IP可重复，外网无法正确访问内网中固定的某一台主机。

2.NAT网络一定是单向的吗？

不一定。有网络穿透技术。

        （1）网络穿透技术（ssh隧道或Windows的端口映射）（VPN）

        条件：对外路由拥有以上功能；对外IP地址，必须是公网IP地址

        （2）中转服务器，进入NAT网络（QQ远程协助，花生壳，向日葵）

3.NAT网络中的虚拟机，为什么能访问公网？到底是否可以和局域网通信？

可以访问公网，可以和局域网通信。

        （1）虚拟机把真实机当成了NAT网关路由器，所以虚拟机对外访问的时候被包装成了真实机的IP，真实机再访问外网又被包装成了路由器上的公网IP，可以互通。

        （2）NAT网络允许多次包装，跟局域网通信也是一样，被包装成了真实机的IP。