从一次远程ip连接docker引发的计网复习

上一次认真学习计网还是去年春招找实习2333，现在回头复习一下，看了几本书，博客，感觉又有了新的学习心得。

背景

  最近买了丐版阿里云服务器，在本地写毕设，做完一部分想发到阿里云上部署瞅瞅。通过idea-docker插件连接阿里云上的docker，惊呼竟然可以通过公网ip直接连接（在这之前楼主都是以为只有有了域名才可以访问，一直以为需要通过公网ip+私网ip的方式才能建立连接）。
  通过上文也可以知道楼主计网基础并不扎实了2333。

  总共看了两本书，一篇博客：

• 《网络是怎样连接的》
• 《计算机网络》-谢希仁著
• 《图解网络系列》-小林coding公众号的PDF

基本概念

存储表结构与基本算法

路由表

路由选择规则：

1. 目标ip与掩码作&运算得出结果 与 路由表中的目标地址做最长匹配；多个结果取跃点数小的作为下一跳。
2. 无匹配则使用默认路由下一跳
3. 无默认路由则使用ICMP协议回传错误报文。

转发：
下一跳若网关为空，则说明已达目的地（本机/同一局域网），直接交付；否则使用arp协议查询对应mac地址通过交换机发送。

arp表

没找具体的图，可以根据本机缓存等抽象一下。
一张ip -> Mac 的映射表。

arp协议的算法：
考虑本机缓存都失效，需要广播的情况。
这里讲述两种情况：
假设 A主机 发往 B主机

• 发送方与接收方同处一片局域网
  通过局域网广播即可获取接收方mac地址
• 发送方与接收方处于不同网络中
   1. 通过路由选择算法得出B的网络号、网关，发现与A主机处于不同网络，则只需要发至网关即可
   2. 要发往对应网关就需要知晓对应网关的mac地址，这时因为 A主机 与 该网关同处一片局域网，只需要广播arp报文即可收到该网关的mac地址
   3. 将报文发往该网关即可。
   4. 该网关收到报文以这两种情况进行鉴别即可发往目的地。

交换机

交换表结构：

当知晓了接收方mac地址，需要通过交换机发送报文，通过查询交换表即可知道传输端口，走对应端口线路即可。
当交换表中没有查询到对应端口时，则全发。这里可能会有人想这么做可能会浪费很多传输资源，但其实没有那么大的问题，当接收方接收到报文时会拆帧检查接收方的mac地址是否为自己，若不是则直接丢弃了。

ip

这里也不分类，全部以<网络号，主机号>（即超网）的形式讲解。

公网ip与私网ip

  起初博主看了很多文章，都将其比作 某市 + 某小区；这样说就会带来许多误解，从现实的角度想，别的地方的人要联系我岂不是需要同时知道公网ip与私网ip才能定位到我。起码在楼主这个转不过脑筋来的理解上这是错误的，只要分配了公网ip，就一定能找到你。
  在非直接交付中，路由转发中起作用的只是网络号（这里其实不是很准确，应该是在每一次做路由选择时与每一条目掩码计算出来的网络号），当需要直接交付时（本机/同一局域网）主机号才会发挥作用。

  关于私网ip，是仅在内网使用的ip，毕竟不与外网连接的网络中也需要互相传递信息，也需要借助 TCP/IP 来完成。

当然有时内网也需要与外部进行连接，这里分为两种：

• 不同地方架设了同一公司的内网，使用vpn通过隧道传输。借图说明
  
    进入互联网就需要一个全球外一唯一的ip来完成互联网中的信息传输，所以发送方接收方各都需要路由器，传输过程无异。R1 将 原本的数据报加密（A中的私网源ip 与 目的地的B私网源ip） ，重新加上ip首部，写入 R1的ip，目的地R2的ip，这样这个包就可以参与互联网的路由转发了。
    而中间的转发过程对 A 与 B 来说都是不用关心的。
  当然vpn技术还有其他用途，这里仅为说明私网ip不再细说其他。

• 内网需要访问外网信息，使用nat/napt技术。借图说明

上图为采用NAT/NAPT技术时内网访问外网的流程，同样的也需要一个路由器（该路由器具有NAT/NAPT技术）。

上图为NAPT表地址映射。NAT下的映射没有端口。

只能从内网访问外网，外网访问不到内网（若入方向表中无映射，并且对于外网来说只能看到nat路由器的ip/端口）。

  当 内网A主机 想要访问 外网中的B主机 时，第一个网关出口必定为NAT路由器（因为要访问外网，网络号肯定不是同样的），当包到达NAT路由器时，该路由器从闲置端口中抽一个出来作为内网映射，改写ip首部 源ip，发包。收包时再与映射表做匹配即可，匹配不到直接丢弃。

  可以看出公网ip与私网ip没有任何关系。
而私网ip存在的原因就是 公网ip是有限的（网络号确定的情况下，主机号是有限的），该主机并不需要联网（或很少连接，只在使用时分配，使用完毕回收）。

未完待续

可能还有想写和补充的，暂时先到这里。

参考与引用

• 《计算机网络》-谢希仁著
• 《网络是怎样连接的》
• 《图解网络系列》-小林coding公众号
• arp协议获取mac地址，同网段和不同网段