目錄
一、跨網絡的兩臺主機通信
二、采用不同通信標準的兩個局域網內的主機通信
三、路由器實現的“認路”功能、數據傳輸：封裝與解封裝
四、認識IP地址
五、為什么訪問目標主機需要經過路由器？
1、網絡劃分
2、尋址與轉發
六、目的IP地址的核心意義
七、IP地址 vs. MAC地址：角色對比
八、IP網絡層的宏觀意義
1、屏蔽底層差異
虛擬地址空間
一切皆文件
2、實現互聯互通
3、提供透明服務
九、宏觀通信流程總結
一、跨網絡的兩臺主機通信
????????當討論同一局域網內主機之間的通信后，自然引出一個問題：位于不同局域網的兩臺主機是如何進行通信的呢？
????????實際上，不同局域網之間通常通過路由器相互連接。一個路由器往往橫跨至少兩個局域網，并且每個局域網內的設備都將其視為本網絡中的一臺普通主機。因此，路由器能夠直接與所連接的任一局域網內的主機進行通信。不同網絡段的主機間進行數據傳輸時，數據需要經過一個或多個路由器才能從源主機傳輸到目標主機。
????????舉例來說，假設局域網1中的主機A希望與局域網2中的主機H通信。通信過程如下：主機A首先將數據包發送給與其相連的路由器（即本局域網內的網關）。路由器接收到數據后，會根據其路由表信息，將數據包轉發至目標主機H所在的局域網2。最終，數據包經由路由器傳遞到主機H，完成跨網絡的通信過程。
二、采用不同通信標準的兩個局域網內的主機通信
????????當兩個局域網采用相同的通信標準時，跨網絡通信可以如上述方式直接進行。然而，如果通過路由器連接的兩個局域網使用了不同的通信標準——例如，局域網1采用以太網，而局域網2采用令牌環網——通信過程就需要額外的處理。
????????由于以太網和令牌環網采用不同的數據幀格式和物理層規范，它們的數據幀頭部信息不兼容，因此令牌環網主機無法直接解析來自以太網的數據幀。
????????在這種情況下，路由器發揮著關鍵作用。作為工作在網絡層的設備，路由器內置了多層協議棧，能夠處理不同網絡標準之間的轉換。
具體通信流程如下：
-
當數據從局域網1（以太網）發往局域網2（令牌環網）時，路由器首先接收以太網數據幀；
-
路由器對以太網幀頭進行解封裝，將有效載荷向上交付至網絡層；
-
在網絡層中，路由器根據目標地址等信息進行路由決策；
-
處理后的數據再向下交付至數據鏈路層，此時路由器會按照令牌環網的標準重新封裝幀頭；
-
最終，數據以令牌環網幀格式發送到局域網2中，從而實現在異構網絡中的正確傳輸。
通過這種方式，路由器在不同標準的網絡之間起到了“翻譯”和橋接的作用，使得跨協議通信成為可能。
三、路由器實現的“認路”功能、數據傳輸：封裝與解封裝
????????一個路由器通常同時連接多個局域網。當它需要將來自某一個局域網的數據轉發到另一個局域網時，是如何判斷數據應該送往何處的呢？
????????關鍵在于IP地址。因特網上的每臺主機都擁有唯一的IP地址。當數據在網絡層進行封裝時，其報頭中會包含兩個重要字段：源IP地址和目的IP地址。
路由器在轉發跨網絡數據時，工作流程如下：
-
發送方封裝：應用層數據在發送端自上而下（經過傳輸層、網絡層、數據鏈路層）被封裝。在網絡層，數據被加上IP包頭，其中包含源IP地址和目的IP地址。
-
在數據鏈路層，路由器首先移除當前局域網所對應的底層幀頭（如以太網頭部）；
-
將解封裝后的數據向上交付至網絡層；
-
在網絡層解析數據包頭部，提取目的IP地址；
-
路由器根據該目的IP地址查詢其內部的路由表，從而確定數據應當轉發的下一跳或目標網絡；
-
最后，路由器將數據包重新封裝成數據鏈路層幀（目標局域網所要求的幀格式，如以太網幀），更新源和目的MAC地址（為當前網段內的地址），并通過相應端口將幀轉發出去。
-
接收方解封裝：目標主機接收到數據幀后，自下而上逐層解封裝，剝去幀頭、IP頭、傳輸層頭，最終將原始數據交付給目標應用程序。
通過這一機制，路由器能夠智能地在不同網絡之間引導數據流向，實現準確的路由功能。
四、認識IP地址
IP地址是IP協議中用于唯一標識網絡主機的邏輯地址。
????????在IPv4中，IP地址是一個32位（4字節）的二進制整數。為便于識別和配置，通常采用“點分十進制”表示法，例如?192.168.0.1。其中每個十進制數字對應一個字節，取值范圍為0到255。
????????目前廣泛使用的IP協議主要包括兩個版本：IPv4 和 IPv6（后面學習過程中，凡是提到IP協議，沒有特殊說明的話，默認都是指 IPv4）。IPv4 使用32位地址，理論上最多可分配約42億個地址；而 IPv6 則采用128位地址，地址空間大幅擴展，能夠有效應對現代互聯網對地址數量的巨大需求。
五、為什么訪問目標主機需要經過路由器？
路由器是網絡間的網關和交通樞紐。它的核心作用是在不同的IP網絡（網段）之間轉發數據包。
1、網絡劃分
????????互聯網由無數個獨立的網絡（如家庭網絡、公司網絡、運營商網絡）組成。每個網絡都有一個唯一的網絡標識（包含在IP地址中）。
2、尋址與轉發
????????當一臺主機需要與另一個網絡中的主機通信時，它無法直接將數據包送達目標。數據包必須首先發送給一個能連接兩個網絡的路由器。路由器根據其內部的路由表，為數據包選擇通往目標網絡的最佳路徑，并將其轉發給下一個路由器。這個過程可能經過多次轉發，直至到達目標網絡。
六、目的IP地址的核心意義
????????對于一段路程來講，有開始便有結尾，所以對于IP地址也是如此，分為源IP地址和目的IP地址。而目的IP地址是數據包在互聯網上的終極“邏輯地址”，其意義在于：
-
全局唯一性：它在整個互聯網范圍內唯一標識了接收設備。
-
端到端不變性：在整個傳輸過程中，目的IP地址始終保持不變（NAT等特殊情況除外），確保數據包無論經過多少中間節點，最終都能被正確交付到指定的目標主機。
-
路由依據：它是網絡層（第三層）進行路由決策的根本依據，所有路由器都根據目的IP地址來查詢路由表，決定數據包的下一跳方向。
七、IP地址 vs. MAC地址：角色對比
這是一個關鍵區別，體現了網絡的分層設計思想。
| 特性 | IP地址 | MAC地址 |
|---|---|---|
| 所屬層次 | 網絡層 (Layer 3) | 數據鏈路層 (Layer 2) |
| 地址性質 | 邏輯地址（可配置、可變更） | 物理地址（固化在硬件中，通常不變） |
| 作用范圍 | 全局性（在整個互聯網中有效） | 局部性（僅在同一個局域網內有效） |
| 變化情況 | 保持不變（端到端通信中基本不變） | 逐跳改變（每經過一個網段，源/目的MAC都會改變） |
| 核心功能 | 最終目的 實現端到端的全局尋址和路由 | 下一跳 實現節點到節點的局部傳輸 |
一個生動的比喻：想象寄送一個包裹。
-
目的IP地址就像是包裹上的最終收件人地址（國家、城市、街道、門牌號），這個地址在整個運輸過程中不會改變。
-
MAC地址就像是運輸途中每個中轉站的地址。卡車司機只需要知道當前站和下一站的地址，而不需要關心包裹的最終目的地。每到一個中轉站（路由器），工作人員就會撕掉舊的運輸標簽（MAC地址），貼上指向下一站的新標簽。
八、IP網絡層的宏觀意義
IP網絡層構建了一個虛擬的、統一的互聯層，其核心價值在于：
1、屏蔽底層差異
????????IP地址不僅為數據提供了路由能力，還承擔著另一個重要作用：屏蔽底層網絡的技術差異。對于通信雙方主機的IP層及更高層協議而言，它們無需關心底層網絡采用的是以太網、令牌環網還是其他網絡技術。只要指定了源IP地址和目的IP地址，上層協議就可以實現數據的發送和接收。它向上層（傳輸層和應用層）隱藏了各種底層網絡技術（如以太網、Wi-Fi、光纖、4G/5G）的具體實現細節和復雜性。正是這種對底層細節的抽象，使得當今主流網絡被稱為“IP網絡”。
類似這種通過抽象屏蔽底層差異的設計思想，在計算機系統中還有其他典型案例：
虛擬地址空間
????????內存管理通過虛擬地址空間屏蔽了物理內存的分布和差異，使得每個進程都認為自己獨享一片統一布局的內存空間，而無需關心實際物理內存的分配和管理細節。
一切皆文件
????????通過抽象的文件結構體和函數指針機制，操作系統使得進程能夠以統一的文件操作方式（如讀、寫、控制）去訪問各種資源，包括設備、管道、套接字等，從而簡化了資源訪問的復雜性。
2、實現互聯互通
通過統一的IP協議和編址方案，全球各種異構的物理網絡能夠被連接起來，形成一個單一的、龐大的邏輯網絡——互聯網。
3、提供透明服務
它為上層提供了一致的、盡力而為的數據傳輸服務，使得應用程序無需關心數據是如何通過復雜的物理網絡傳輸的。
????????這些設計都體現了計算機系統中“抽象與隔離”的核心思想，通過統一接口掩蓋底層實現的多樣性，提升系統的可移植性、兼容性和開發效率。一句話來說：IP網絡層的核心價值在于構建統一的網絡虛擬層，使全球各類網絡都能基于IP協議互聯互通。這一設計有效屏蔽了底層物理網絡的差異性，實現了異構網絡的透明互聯。
九、宏觀通信流程總結
一次完整的網絡通信可以概括為：
????????應用數據在發送端自上而下逐層封裝，通過一個或多個路由器逐跳轉發。在整個旅程中，依靠目的IP地址進行全局尋址和路由，確保數據包朝著最終目標前進；同時，借助不斷變化的MAC地址完成在每一個局部網段內的節點到節點傳遞。最終，數據包在目標主機自下而上逐層解封裝，還原為原始數據并交付給應用程序。
 MyBatis-plus)
