图解网络数据链路层与物理层的工作流程

网络设备图

在计算器网络通信中，数据链路层与网络层的转发是必不可少的。

• A向D发送数据包

如果是A向D发送数据包，则数据包可以理解为大致这样：

知道对方的IP地址，还需要知道对方的MAC地址，这样数据链路层才能转发包，如何知道D的MAC地址，此时A需要先判断是否和D在同一个网络，假设A的子网掩码是255.255.255.0，与目标IP地址进行与运算，如果运算结果的网络部分和A的一致，则表示在同一个网络，此时需要发送ARP协议来广播IP地址是192.168.1.8的MAC是多少，此时交换机广播所有端口，会收到来自3号端口的相应，那么A就可以知道D的MAC地址了。封装好数据包之后，发送给交换机，交换机内部维护了一张MAC地址与端口的映射表，知道了MACD这个地址需要从3号端口发出去，D就可以收到数据了。

• 路由器

引入路由器主要是能实现在不同网络之间做数据包发送， 一台路由器可以同时连接多个网络，如果不引入路由器，交换机能维护的MAC是有限的，一台交换机无法连接更庞大的网络。

• A向G发送消息

首先还是要知道G的IP地址，IP地址为192.168.2.6，此时A还是先判断G是否与自己在同一个子网内，
192.168.2.6 & 255.255.255.0 = 192.168.2.0 ，与A不是在同一个子网内，这个时候A就要向网关发送请求了，网关可以配置。

假设这里的网关IP配置的192.168.1.0，网关IP可以理解为一个网络出口的IP，只有数据包到达这个IP才能做转发。
知道要发送数据包到网关，也知道网关的IP是192.168.1.0，但是要发送包还需要知道MAC地址，如何获取网关的MAC地址，这里同样还是要发送ARP广播，交换机从5号口发送出去广播，路由器的1号端口发现IP是自己的1.0 则将自己的MAC地址返回，此时A主机就知道了网关的MAC地址，这时候就可以将数据包发送了。

数据发送给交换机，交换机根据数据链路层的MAC地址从5号口发出去到达路由器，路由器解析网络层协议，看目标ip地址是192.168.2.6，此时路由器根据自己的路由表（根据目标IP与子网掩码）发现数据包需要从2号口发出去，但是此时依然有一个问题，既然要发包，数据包的MAC地址依然是路由器的，此时到达交换机后就会发生错误，为了避免这个问题，路由器需要进行ARP广播，询问IP地址是192.168.2.6的MAC地址是多少，此时G响应了自己的MAC地址。路由器会替换数据链路层的MAC地址。

然后继续将数据包从2号口发出去，到达交换机，交换机一看是发给G的，则从5号口发出去，此时就完成了A到G的通信。