網絡通信原理：爲什麼一個IP賬號通過路由器可供多人同時使用？

        學習過ip中的人都知道，ip的作用就是在網絡通信中標識唯一一臺主機。那麼實際中，你購買了一個賬號，運行商給你分配一個ip,通過路由器爲什麼就可以供多人(多臺電腦）同時使用呢？這個時候不就和前面矛盾了嗎？

1.讓兩臺電腦之間通信:網線

想讓兩臺電腦之間通信，最簡單的方式就是用一根網線連接雙方即可。進行如下的配置：

1. 如果兩臺電腦之間通過網線連接是可以直接通信的，但是需要提前設置好ip地址以及網絡掩碼
2. 並且ip地址需要控制在同一網段內，例如 一臺爲192.168.1.1另一臺爲192.168.1.2則可以進行通信
3. 使用ping命令測試是否連通，然後就可以基於windows網路共享等實現一些基礎網絡操作

2.如何讓三臺電腦之間通信：集線器

一般一臺電腦只有一個網線接口，如果我想讓三臺電腦互相通信呢，怎麼辦，那麼單獨通過網線就實現不了了？這個時候可以使用集線器(hub)。

如上，三臺或者多臺設備通過集線器連接起來，就是大家把網口的另一端都連接在集線器上即可。

1. 當有多態電腦需要組成一個網時，那麼可以通過集線器（Hub）將其鏈接在一起，配置同一網段Ip.
2. 一般情況下集線器的接口較少
3. 集線器有個缺點，它以廣播的方式進行發送任何數據，即如果集線器接收到來自A電腦的數據本來是想轉發給B電腦，如果此時它還連接着另外兩臺電腦C、D，那麼它會把這個數據給每個電腦都發送一份，因此會導致網絡擁堵
4. 使用ping命令測試是否連通，然後就可以基於windows網路共享等實現一些基礎網絡操作

3.如何讓三臺電腦之間通信(改進版)：交換機

如上，通過交換機(switch)連接多臺設備，目前交換機已經基本替代了集線器。

1. 克服了集線器以廣播發送數據的缺點，當需要廣播的時候發送廣播，當需要單播的時候又能夠以單播的方式進行發送。初始化添加網路時，會廣播形式發送arp獲取每個設備的mac地址，這樣再跟某個設備通信時會使用ip+mac的形式，非請求mac不會發送數據。
2. 它已經替代了之前的集線器
3. 企業中就是用交換機來完成多態電腦設備的鏈接成網絡的

4.如何讓三臺網絡電腦之間通信：路由器

      如上通過交換機可以實現少量的電腦設備之間進行通信，但是如果是多臺電腦，且不再同一個地方，同一個網段，如何進行通信呢，顯然上面交換機已經不能滿足需求，那麼這裏就要用到了路由器router。路由器的核心就是鏈接多個不同網段的局域網成爲一個大的局域網。

如下圖，如果我們想讓同一個路由器連接的設備之間進行通信，是怎麼實現的呢？比如讓路由器左邊的局域網段的192.168.1.1(PC0)和路由器右邊的局域網段192.168.2.1(PC3)進行通信，那麼底層數據流轉的呢？

原理說明：

1. 因爲PC0和PC3不在同一個網段，所以PC0首先把數據發送給默認網關(路由器Router0)，這個時候目的Ip:192.168.2.1，目的mac：路由器左邊的虛擬網卡的mac地址。注意如果是首次聯網通信的話，PC0是不知道路由器左邊虛擬網卡的mac地址的，這個時候PC0就會先發送arp,得到其mac地址。
2. 這個時候路由器根據目的IP網段解析,將數據發送給路由給右邊的虛擬網卡(即192.168.2網段的網關)，路由器網關再根據目的ip進行解析，將數據發送給PC3。注意這個時候目的mac變成了192.168.2.1的mac地址。
3. 注意在網絡傳輸中ip地址不變，但是目的mac是不斷變化的。這就好比你寄個東西從北京到上海，目的ip是上海不變的，但是中間可能會先送到mac山東，在從山東送到南京mac，在從南京送到上海mac。

5.網絡間設備通信與流轉過程

如上，在網路鏈路中進行通信，實際底層數據流轉如下：

1. 在PC0的瀏覽器中輸入一個網址比如www.baidu.com時，需要將它先解析出ip地址來，具體如何解析，去哪裏解析,這個時候要看你電腦配置DNS服務器，所以PC0先將網址發送給對應的DNS服務器進行解析。
   其實在我們電腦C:\Windows\System32\drivers\etc目錄下有個Hosts文件，其主要作用是定義IP地址和主機名的映射關係，是一個映射IP地址和主機名的規定。當用戶在瀏覽器中輸入一個需要登錄的網址時，系統會首先自動從Hosts文件中尋找對應的IP地址，一旦找到，瀏覽器會立即打開對應網頁，如果沒有找到，則瀏覽器會將網址提交DNS服務器進行IP地址解析。這也是提高快速打開網頁的方法，所以可以將常見ip和網址映射寫入到hosts文件裏！
   如下，注意我麼使用的是聯通的寬帶，默認的DNS服務器地址和默認的網關地址一樣，當然這裏我們也可以自定義DNS服務器地址，比如8.8.8.8是一個是Google提供的免費DNS服務器的IP地址，也可以配置多個DNS地址。

         

1.   當得到ip地址之後，瀏覽器以tcp的方式3次握手鍊接服務器，中間以上面路由的方式進行層層傳遞，當然這裏實際其實牽扯到路由路徑的選擇。
2. 以tcp的方式發送http協議的請求數據發送給服務器
3. 服務器tcp的方式迴應http協議的應答數據給瀏覽器

尖叫提示1：

• MAC地址：在設備與設備之間數據通信時用來標記收發雙方（網卡的序列號）
• IP地址：在邏輯上標記一臺電腦，用來指引數據包的收發方向（相當於電腦的序列號）
• 網絡掩碼：用來區分ip地址的網絡號和主機號
• 默認網關：當需要發送的數據包的目的ip不在本網段內時，就會發送給默認的一臺電腦，成爲網關
• 集線器：已過時，用來連接多態電腦，缺點：每次收發數據都進行廣播，網絡會變的擁堵
• 交換機：集線器的升級版，有學習功能知道需要發送給哪臺設備，根據需要進行單播、廣播
• 路由器：連接多個不同的網段，讓他們之間可以進行收發數據，每次收到數據後，ip不變，但是MAC地址會變化
• DNS：用來解析出IP（類似電話簿）
• http服務器：提供瀏覽器能夠訪問到的數據

      注意如上，比如我從北京請求登錄美國網站，首先我在瀏覽器輸入網址，比如https://github.com。這個時候通過DNS解析到了github對應的IP。那麼爲什麼我有了github的ip以後路由器就會自動把我的請求發送給“美國”對應的路由器與服務器呢？

       因爲以IPV4來說，NIC給全球每個國家，每個城市的分配得到的公網IP段是確定的，所以比如我訪問github,使用ping命令，查看該網站的ip是13.229.188.59的歸屬地是新加坡(可能因爲github將全亞洲的所有請求都發送到了新加坡的github服務器處理，具體是根據亞洲的ip網段判斷)。

       所以同理路由器就可以根據每個國家，每個城市的的公網IP段將目的ip的請求發送給對應國家與城市的路由器去處理，最終請求到達一個具體的設備。

6.路由器如何實現共享同一個ip上網原理：NAT

 

尖叫提示：所謂的NAT是指網絡地址轉換器

1. 用寬帶鏈接上網時，會把網線(光纖)---->調製解調製(簡稱貓)------->電腦等設備直接連接上網

2. 電腦會得到來自電信服務商的一個公網ip地址（切記只有公網ip地址才能上網）

3. 爲了能夠讓多臺設備都可以上網，需要將數據進行“分流”網線(光纖)---->調製解調製(簡稱貓)------->路由器------>電腦等設備

4. 此時路由器的一端有一個公網ip地址，剩下的幾個端口（或無線）可以接入電腦等設備，並且路由器給它們分配私有ip(例如 192.168.1.2)。
5. 當一個電腦（192.168.1.2）上網時，先通過DNS協議解析出某個域名對應的ip，然後

   • 發送數據時,在經過路由器時轉換爲公網ip以及路由器自己分配的臨時端口

              192.168.1.2:6789----->192.168.1.1 路由器 116.226.52.212:6539------->貓---->萬維網

   • 接收數據時,在經過路由器時轉換爲路由器之前記錄的ip以及port

           萬維網------->貓----->116.226.52.212:6539 路由器 192.168.1.1 ---->192.168.1.2:6789