El módulo IP ensambla paquetes de red y reenvía enlaces de paquetes de red

El artículo anterior de la serie de pila de protocolos explicó el procesamiento del módulo de la pila de protocolos, como la conexión, el envío y la recepción de paquetes de red y la desconexión. Sin embargo, la capa superior de la pila de protocolos confiará al módulo IP la realización del procesamiento real.

paquete de red

La composición de los paquetes de red.

Un paquete de red consta de información de control en el encabezado y datos de transmisión que siguen al encabezado.

La información de control representa el destino al que se envía el paquete y los datos de transmisión son los datos a enviar.

Reenvío de paquetes de red

El módulo IP enviará el paquete al dispositivo de reenvío más cercano. El dispositivo de reenvío encontrará el siguiente dispositivo de reenvío a enviar según la información de control en el encabezado: se almacena una tabla dentro del dispositivo de reenvío para registrar la dirección de envío correspondiente a cada Es decir, de acuerdo con la dirección de destino registrada en el encabezado, se consulta en la tabla el siguiente dispositivo de reenvío que se enviará , y luego, al llegar al siguiente dispositivo de reenvío, se realiza la misma consulta y luego se envía. tras otro, finalmente se llegará al destino.

Estos son aplicables a todos los métodos de comunicación, pero tcp/ip será más complicado.

dispositivo de reenvío

Como se mencionó anteriormente, en la subred hay dos dispositivos de reenvío diferentes, enrutadores y concentradores , que tienen su propia división del trabajo al transmitir paquetes de red. El concentrador transmite de acuerdo con las reglas de Ethernet y el enrutador transmite de acuerdo con las reglas de IP; la información del encabezado llevará el encabezado mac y el encabezado ip.

El enrutador determina la ubicación del siguiente enrutador en función de la dirección de destino (hay una tabla de enrutamiento interna que almacena la dirección IP del enrutador más cercano a la IP del servidor )
El concentrador transmite el paquete de red a la siguiente ruta en la subred (el concentrador también tiene una tabla llamada tabla de protocolo Ethernet porque funciona de acuerdo con la dirección mac, por lo que esta tabla registra la dirección de envío de la dirección mac correspondiente )

Proceso general

El remitente escribe la dirección IP del servidor en el encabezado IP ; el protocolo IP primero encuentra la siguiente dirección IP del enrutador que se enviará según la IP del servidor y luego completa la dirección mac correspondiente a esta IP en el encabezado mac y confía al protocolo Ethernet . .para enviar;

A continuación, cuando se envía el paquete, pasará por el hub, que puede encontrar el siguiente enrutador a través de la dirección MAC completada por el protocolo IP y reenviarlo al enrutador correspondiente (hay una tabla adentro);

Después de que el siguiente enrutador la recibe, borra la dirección del encabezado mac y luego busca la IP del siguiente enrutador de acuerdo con el protocolo IP. Después de encontrar la dirección mac correspondiente, complétela en el encabezado mac y confíe el protocolo Ethernet antes de enviarla.

Por analogía, se alcanza la dirección del servidor.

El propósito de cada enrutador es encontrar la IP del siguiente enrutador, convertirla en una mac, completarla en el encabezado mac del paquete y reenviarla a la siguiente dirección a través del concentrador hasta que se transmita al servidor.

Ilustración:

La parte de Ethernet también se puede reemplazar por otras cosas, como LAN inalámbrica, ADSL, FTTH, etc. Todos ellos pueden reemplazar la función de Ethernet y ayudar al protocolo IP a transmitir paquetes de red. Es solo que la información del encabezado MAC en la que se basa Ethernet no está completa. Cuando se utilizan otras redes distintas de Ethernet para la transmisión, el encabezado MAC también se reemplazará con otros encabezados adecuados para las especificaciones de comunicación seleccionadas.

El módulo ip envía paquetes de red.

Agregar información de control de encabezado de paquetes de red

Aunque el módulo tcp confía al módulo ip para enviar datos, el módulo ip también utiliza los dispositivos de reenvío confiados por la tarjeta de red para enviarlos (se explica más adelante al analizar la tarjeta de red)

Por lo tanto, el punto de partida de la operación de envío y recepción de paquetes es la operación del módulo TCP que confía al módulo IP el envío de paquetes.

El proceso de esta delegación es que el módulo TCP agrega información del encabezado TCP delante del bloque de datos y pasa la IP completa del servidor al módulo IP.Esta parte es el contenido del paquete de red enviado por el módulo tcp.

Luego, el módulo ip completa el encabezado ip con la ip del servidor enviada a través del encabezado tcp. Y consulte el encabezado mac de la dirección IP y Mac del siguiente dispositivo de reenvío.

El encabezado IP contiene la información de control requerida por el protocolo IP para enviar el paquete al destino de acuerdo con la dirección IP (dirección IP del servidor); el encabezado MAC contiene el control requerido para transmitir el paquete al enrutador más cercano a través de la LAN Ethernet. Información. (dirección mac del próximo enrutador)

El módulo tcp agrega información del encabezado tcp en función de los datos originales, y el módulo ip agrega el encabezado ip y el encabezado mac delante del encabezado tcp.

Agregue la dirección IP del remitente al encabezado IP

La dirección IP se asigna esencialmente a la tarjeta de red, pero la computadora tiene una tarjeta de red integrada, por lo que también se puede decir que es la dirección IP de la computadora.

Una tarjeta de red corresponde a una dirección IP. Cuando hay varias tarjetas de red en la computadora, debe elegir qué tarjeta de red (qué dirección IP usar) para enviar paquetes de red .

La "Dirección IP del receptor" en el encabezado IP completa la dirección IP del interlocutor de comunicación.

La dirección IP del remitente debe determinar la tarjeta de red utilizada para el envío y completar la dirección IP de la tarjeta de red .

El enrutador usa el protocolo ip para encontrar la ip del siguiente enrutador a través de la tabla interna. El módulo ip de la pila de protocolos también usa el protocolo ip, por lo que las dos operaciones deben ser las mismas.

El módulo ip determina qué dirección IP usar para enviar mediante tablas de enrutamiento

Puede utilizar el comando de impresión de ruta para mostrar la tabla de enrutamiento y confiar el hardware de la tarjeta de red para enviar datos.

Reglas de búsqueda de la tabla de enrutamiento

La primera columna de destino representa la dirección del servidor.

gateway representa la dirección IP del siguiente enrutador que se enviará, también llamado gateway.

La interfaz representa qué tarjeta de red utiliza el remitente y qué dirección IP envía el paquete a la puerta de enlace.

Si la puerta de enlace y la interfaz son iguales, ze representa el destino final.

Primero, busque el destino de la red en la tabla de enrutamiento a través de la dirección IP de destino y busque la entrada correspondiente (por ejemplo, si la IP de destino es 195.6.32, entonces el destino encontrado puede ser 195.6
Si la puerta de enlace y la interfaz son iguales, entonces el enrutador puede enviarlo directamente a la dirección IP de destino del destinatario.

Seleccione la dirección IP de la tarjeta de red que se utilizará a través de la interfaz y envíe el paquete a la puerta de enlace (próximo enrutador). Si los dos son iguales, significa que el enrutador actual puede enviarlo directamente a la IP del destinatario. Hay no es necesario seleccionar el siguiente enrutador y reenviarlo (es decir, en la misma subred)

Agregar número de protocolo

Indica de qué módulo proviene el contenido del paquete.

Si el contenido es delegado por el módulo TCP, se establece en 06 (hexadecimal), si es el contenido delegado por el módulo UDP, se establece en 17 (hexadecimal), estos valores se establecen de acuerdo con las reglas. Todos los navegadores actuales usan tcp para enviar, así que configúrelo en 06

Agregar encabezado mac

El encabezado MAC es el encabezado utilizado por Ethernet y contiene información como la dirección MAC del receptor y del remitente.

Puede ver que la dirección mac es de 48 bits y la dirección IP es de 32 bits.

El tipo de Ether en el encabezado de mac es similar al número de protocolo en la dirección IP

Se puede considerar que el tipo de Ethernet va seguido del contenido del paquete Ethernet , y Ethertype representa el tipo del siguiente contenido. El contenido de los paquetes Ethernet puede ser paquetes de protocolos como IP y ARP, y todos ellos tienen valores correspondientes, que también se determinan según reglas.

El tipo de protocolo IP es 0800 (hexadecimal)

Dado que la dirección mac del remitente se determinó anteriormente qué tarjeta de red debe usarse para enviar (interfaz), se puede obtener directamente desde la rom de la tarjeta de red (la dirección mac se escribirá en la rom de la tarjeta de red cuando la tarjeta de red esté producido).

La dirección IP del destinatario (aquí se refiere a la dirección IP pasada por el módulo IP, no a la dirección IP del servidor, que está determinada por el elemento de la puerta de enlace en la tabla de enrutamiento), entonces, ¿cómo podemos obtener la dirección MAC del destinatario?

El módulo IP determina a quién se debe enviar el paquete según el contenido de la columna Puerta de enlace en la tabla de enrutamiento .

El protocolo arp convierte la dirección IP en dirección MAC.

Existe un método de transmisión en Ethernet que puede enviar paquetes a todos los dispositivos en la misma subred.

Por ejemplo, arp preguntará a quién pertenece esta dirección IP y me dirá la dirección máxima. El dispositivo simplemente responderá que es mío y le dirá su dirección mac.

caché de arp

Si la dirección mac se transmite cada vez, aparecerán muchos paquetes arp en la red. Por lo tanto, habrá un espacio de memoria en el caché de arp para almacenar la dirección mac buscada.

Cada vez que consulte la dirección mac, primero verifique si hay una en el caché, si la hay, sáquela y úsela directamente, si no, transmita y envíe paquetes arp.

invalidación de caché arp

La dirección IP cambiará. En este momento, la dirección mac correspondiente no se puede utilizar y se producirá un error y se enviará al destinatario equivocado. Por lo tanto, el contenido almacenado en caché se eliminará cada pocos minutos.

Enviar y recibir correspondiente al módulo ip

enviar

Agregar información de control de paquetes de red corresponde a enviar 1 en la figura. A continuación, se explicará que 2 paquetes enviados irán al hardware de la red.

Puede ser una placa conectada a la placa base de la computadora, o puede ser una tarjeta PCMCIA en una computadora portátil o un chip integrado en la placa base de la computadora. Las diferentes formas de hardware tienen diferentes nombres y en conjunto se denominan tarjetas de red.

Los datos del paquete de red recibidos por la tarjeta de red se componen de los números 0 y 1. La tarjeta de red convierte los números en señales eléctricas o señales ópticas y los envía a través del cable de red . Llega al dispositivo de reenvío, que reenvía los datos y finalmente llega al servidor.

aceptar

El mismo proceso se utiliza para recibir paquetes de red, se envía a la tarjeta de red a través del dispositivo de reenvío, y la tarjeta de red convierte la señal eléctrica en una señal digital y la envía al módulo ip, luego el módulo ip eliminará el mac. encabezado y encabezado ip (es decir, solo quedan el encabezado tcp y los datos)) el paquete se entrega al módulo tcp.

Al módulo ip no le importa si el paquete que reenvía contiene el encabezado tcp o datos reales, ni si la operación del módulo tcp es exitosa, solo es responsable de la operación de reenvío.

Independientemente de si los paquetes a enviar o recibir son paquetes de control o paquetes de datos, las operaciones de envío y recepción de IP para varios tipos de paquetes son las mismas.

Definición de responsabilidades

De la comprensión anterior, podemos ver que el módulo IP completó todas las operaciones y entregó los paquetes encapsulados a la tarjeta de red, la tarjeta de red solo es responsable de recibir y enviar paquetes.

La ventaja de esto es que es lo mismo para otros tipos de paquetes excepto IP. Si el empaquetado se completa antes de entregarlo a la tarjeta de red, entonces para la tarjeta de red, la operación de envío es exactamente la misma que enviar paquetes IP . De esta forma , una misma tarjeta de red puede soportar varios tipos de paquetes.

Lo mismo ocurre con la aceptación. No importa qué tipo de paquete sea, solo es responsable de entregarlo al módulo de red correspondiente y usted no necesita preocuparse por qué tipo de paquete es.