提问：最近学习网络层协议，一直不理解不同子网的机器如何通信，请大佬指教

[zhyf2901]

问题：子网 A 的机器如果向子网 B 机器发送数据

网络结构

• 路由器 A （广域网 ip：116.153.22.1 ）

  • 机器 1 （内网 ip：192.168.1.2 ） 内网网关（ 192.168.1.1 ）
  • 机器 2 （内网 ip：192.168.1.3 ）内网网关（ 192.168.1.1 ）

• 路由器 B （广域网 ip：116.153.22.2 ）

  • 路由器 C （内网 ip\网关：192.168.1.2 ） 内网网关（ 192.168.1.1 ）
    • 机器 3 （内网 ip：192.168.0.100 ）内网网关（ 192.168.0.1 ）
    • 机器 4 （内网 ip：192.168.0.101 ）内网网关（ 192.168.0.1 ）
  • 路由器 D （内网 ip\网关：192.168.1.3 ）内网网关（ 192.168.1.1 ）
    • 机器 N

如果机器 1 和机器 3 首次通信，流程是什么样的。。

我理解的流程：

1. 机器 1：构造 ip 报文， 源 ip：192.168.1.2 目标 ip：116.153.22.1
2. 机器 1：arp 协议，寻找目标 ip 的 mac 地址，找到路由器 B mac
3. 机器 1：构造数据包 发送到路由器 A ，
   • 源 mac：机器 1
   • 目标 mac：路由器 B
   • 源 ip：192.168.1.2
   • 目标 ip：116.153.22.1
4. 路由器 A: 到这里就理解不了了，已知的数据包内容完全定位不到 机器 3 ，甚至定位不到路由器 C

已阅读资料： https://cloud.tencent.com/developer/article/1173761 https://blog.csdn.net/qq_42911741/article/details/132514748

[twl007]

有路由表 一级一级找下去 直到最后发给路由器 B 然后由 B 发送给 C

实际更复杂 建议先去了解一下各种路由交换协议 对路由器之间怎么交换信息先有个了结

问题不是怎么找到 C 而是路由器之间如何交换信息来知道 C 在哪里

[defunct9]

说来话长。放弃

[luoyide2010]

跨网段通信主要靠路由，能不能找到路由器 C ，就得看双方路由表有没有到达目的地的路由

流程大概是这样的（有点久没接触，不一定全对）：

机器 1 发现是跨网段的，而且自己路由表没用到机器 3 的路由，就会获取网关 MAC 地址，构建数据包发给路由器 A ，让路由器 A 处理这个数据包（如果有机器 3 有到目的地的路由，就发给路由表中的 下一跳地址，让下一跳处理）

数据包到达路由器 A ，路由器查找自己的路由表，如果路由器有相关网段的路由，就发给该路由的下一跳，没有则发给默认网关处理。

循环上面步骤，找到目标就能通信，找不到就没法通信

[SWALLOWW]

我也不熟，但是路由起和路由器之间会通过 bgp 或者 ospf 之类的协议构建路由表，然后 A 就知道 B 了，B 自己再发给内部的路由

[wy315700]

机器 1 和 3 因为处在两个不相连的私网里，所以无法直接通讯，需要机器 3 在路由器 B 上面做一个端口映射。

连接过程是
1. 机器 1：构造 ip 报文， 源 ip：192.168.1.2 目标 ip：116.153.22.2
2. 机器 1 在路由表里没有发现这个包的路由，于是把包发给网关 192.168.1.1 。也就是路由器 1
3. 路由器 1 寻找路由表，经过广域网把包发给路由器 B 。
4. 路由器 B 寻找端口映射表，发现这个包要转发给机器 3 ，但是机器 3 和路由器 B 不在一个网段内，于是寻找路由表发现 192.168.0.100 的下一级节点是路由器 C ，于是把包交给路由器 C 。
5. 路由器 C 经过 arp 协议，寻找 机器 3 的 mac 地址，把包发给机器 3.

[zhangsanfeng2012]

实际上机器 1 和机器 3 是不能直接通信的

[dog82]

我的网络知识极度匮乏，我只知道局域网内不要 ip ，直接在数据链路层通信就行；跨网段就得配 IP 走网络层了

[EchoWhale]

机器 3 和机器 1 在不同的广域网下.
如果能直接通信的话, 就不用费那么大劲要公网 ip 了

[me1onsoda]

还有端口，你数据包里没提到。定位到机器 3 是路由器 B 的工作，内部有一种端口和 mac 地址的映射表，比如机器 3 暴露 8080 端口，路由器 B 就记录 23333：机器 3 的 mac 地址，端口 8080 。机器 1 的目的端口就是 23333 ，路由器 B 收到 23333 端口数据就转给机器 3 的 8080 端口

[EchoWhale]

你第一步就错了吧.
1. 机器 1(192.168.1.2)构造 ip 报文, 目标地址应该是机器 3(192.168.0.100)
2. 机器 1 的网关发现目标是个保留地址, 丢掉

[luzemin]

正好之前写过这么一篇很切题的 https://www.cnblogs.com/talentzemin/p/17616090.html
可以看看

[f6x]

吾有一神物可解君愁, 名曰:traceroute

[qingcheng]

首先提问的结构部门不明确，机器 1 和路由器 C 有着相同的内网 IP 和网关（机器 2 和路由器 D 同理）

那么对结构有以下猜测：
路由器 A 与路由器 B 的局域网 IP 地址、网关地址相同，通过广域网互相访问，不能通过内网直接访问

基于上述的猜测，仅当机器 1 和机器 3 之间进行了 NAT 穿透或路由器配置了转发规则的情况下可以通讯：

1. 机器 1 和 机器 3 通过穿透在路由器上打开映射端口
2. 机器 1 请求访问 路由器 B （广域网 ip：116.153.22.2 ）对应的端口，不在本地转发表内，丢给默认网关路由器 A
3. 路由器 A 把数据法送给它的默认网关（广域网不应该是局域网）
4. 路由器 B 收到广域网网关发送的数据，根据转发规则和端口号将数据转发给机器 3

[zhyf2901]

@me1onsoda
@wy315700
网络层数据包有端口的话，我感觉稍稍好理解一些了， 但引申出几个问题
1 、ip 层或网络层有端口的概念吗，貌似看网上各种资料都说端口是 tcp 层的概念
2 、如果要在路由器映射到子网机器的端口， 那端口数量是不是有限的， 如果子网机器多，或者是机器本身开放端口比较多，65535 个端口会不会不够用

[me1onsoda]

@EchoWhale #10 目的地址是个内网 ip ，你觉得路由器该怎么做转发

[EchoWhale]

@me1onsoda 我觉得路由器应该丢掉这个包.

[sentinelK]

“如果机器 1 和机器 3 首次通信，流程是什么样的。。”

答：在既有网络结构，且不借助其他手段的前提下（设置转发，或者中转服务等），不能通信。

你可以把内网地址，理解成你的“门牌号”。外网地址，理解为小区地址。
机器 1 只知道机器 3 住在 1001 ，他是不可能找到机器 3 的。

所以：
要么需要在路由器 B 、C 进行转发设置。同时改变机器 1 的请求位置。
要么做一个转发服务，机器 1 和 3 都面向 server 通信。

[xzysaber]

少了一些流程吧。
并且"机器 1：arp 协议，寻找目标 ip 的 mac 地址，找到路由器 B mac"，这里应该是找到路由器 A 的 MAC 。

[MozzieW]

你的理解是对的，少的那部分不会是因为那个属于额外的知识：内网穿透、端口转发
1. 192.168 段是内网（局域网），你已经知道机器 1 构造的时候要用广域网 IP 了。第一步的 目标 IP 应该是 116.153.22.2 （路由器 B ），应该是写错了？
2. 路由器 B 收到的是来自路由器 A 的请求，它并不知道 机器 1.假设我们请求的端口是 8080 ，路由器 B 也不会处理这个请求，因为它上面没有提供这个端口的服务。
3. 目的是机器 3 收到，那么这个信息要给路由器 B 知道。所以需要在路由器 B 上配置端口转发，这样路由器 B 能把来自 8080 端口请求转发给 机器 3. 这个逻辑要不要在路由器 C 上配置呢？我理解还有看路由器 B 和路由器 C 之间的配置（超纲了，我不会）
4. 对路由器 B 而言，它一直和路由器 A 交流；路由器 A 也只和路由器 B 交流。至于机器 1 和机器 3 ，是路由器内部根据不同端口做了转发。

[hxysnail]

主机和路由的工作流程都一样：

1. 从 IP 包中取出目的地址，然后查询路由表，看下一跳的地址 N 是什么？
2. 接下来，通过数据链路层，把 IP 包发给下一跳 N ，步骤如下：
- 执行 ARP 协议，查询下一跳 N 的 mac 地址；
- 封装数据链路层帧，将 IP 包发给下一跳，目的 mac 地址是上一步通过 ARP 协议查询到的。

具体可以参考这篇文章： https://fasionchan.com/network/ip/routing/

[zhyf2901]

@MozzieW 是写错了，目标 ip 是 116.153.22.2

[wy315700]

@zhyf2901
ip 层或网络层没有端口
端口是 tcp 或者 UDP 上面的

你的路由器 AB 和路由器 C 其实是不同的东西。
路由器 AB 其实是网关。链接了你内网和外网并且进行了地址转换。
路由器 C 其实应该叫做三层交换机。

65535 个端口会不会不够用

现在都是对称 nat ，够用了。

[gefranks]

如果我没理解错的话, 这个网络 A, B 里面都有 192.168.1.x 这个子网, 从机器 3 的包在回 1 的时候在 C 都会有问题, overlap 了.
以前 cisco press 有本书, ip addressing fundamentals 对 ipv4 这块讲的不错.
Cisco Packet Tracer 可以模拟.

[proxytoworld]

如果发送的数据包不是自己的 IP ，会根据路由表查询，在自己路由表里面没有，则会发给默认路由，数据包到了路由器，路由器会查询自己的路由表，这个路由表根据各种算法来的。

[Tumblr]

推荐 YouTube 的一个频道： https://www.youtube.com/@PowerCertAnimatedVideos

OP 提出的这个例子中，既涉及到了路由，也涉及到了地址转换，还是个相对比较复杂的场景，建议先从同一局域网下不同 subnet 的开始分析。

[Cu635]

重修本科的网络基础课程吧。

[royking930911]

Cisco Packet Tracer 模拟器跟一下就知道了
楼主这个拓扑图跟广域网没啥关系 机器 1 和 3 通信根本不会走到广域网上去
可以这么理解 路由 CD 相当于挂在路由 A 下面
机器 3 4 N 向机器 1 2 发数据这个很简单，直接数据包往网关地址丢就行了 路由器拆包以后发送到对应端口 因为下层网络是知道上层网络的出口地址的 就是内网网关
关键是机器 1 2 向 3 4 N 发数据
由于路由器 A 并不知道 192.168.0.0 这个子网的路径 需要在路由器 A 设置路由表 将 192.168.0.0 的数据丢到 192.168.1.2 这个地址

[shilyx]

1 访问 3
情况 1 ，3 在自己的外网网关做端口映射
情况 2 ，3 在自己的外网网关那做 DNAT
情况 3 ，3 和 1 进行 udp 打洞
情况 4 、1 和 3 经 1 或 3 的外网或第三方加入一个 vpn

[lcy630409]

就和邮局的系统一样，网络寻址 通俗讲很简单的
而且你的理解有问题，要分层次理解，不要放一起混淆
而且路由器 C 和 D 有问题，路由器 C 和 D 的 ip 应该是 B 网段的，才能联通，CD 的网关应该是 B

你说的这段网络层（ ip 层）的流程就是：
机器 1 根据自身路由表 找 116.153.22.2 因为没有该路由 所以走默认路由（路由器 192.168.1.1 ）
路由器 A 收到你的消息之后会在根据自身路由表找寻 116.153.22.2 ，没有的话 还是走默认路由 也就是运营商，一路找过去，一直抵达路由 B ，至此完成网络层的链接

在传输层来讲
在路由器 A 收到机器 1 的数据（访问 116.153.22.2:80 ）的时候 路由器会记录机器 1 的发出端口（比如 6666 ），再根据自己的安全等级（ nat 类型）来选择一个端口（比如 nat 为 full 那么出发端口同样是 6666 ）发到 116.153.22.2 ，这就是 nat 映射表（ 192.168.1.2:6666->116.153.22.1:6666 ），此时数据经过网络层的方法达到路由器 B
路由器 B 解析数据 发现有 nat 数据，就根据自身的映射表查找访问端口 6666 是否有记录，没有就找默认转发（ DMZ ），DMZ 也没有就断开链接，有记录的话就转发到相应的 ip 上去，这个相应的 ip 如果还是路由类型 继续上述步骤，如果是最终终端 就根据自身端口是否打开来接不接数据

[lcy630409]

再通俗一点 打个例子，ems 快递
什么 ARP 这些 接口层 你可以理解为现实中 你和本地邮局之间的物理路径，就是区你最近的邮局的路
ip 网络层 可以理解为你的地址 门牌号，能让本地邮局的快递员找到你
UDP TCP 传输层 可以理解为信封 信封上写着地址和包裹着内部数据 ， 在快递员把信封给你的时候 你知道要给谁（收件人是你家谁）
http dns 这类 应用层 就是内部数据，最终收件人拿到信封 拆开后 看了信件内容 才能知道对方发了个啥 再根据自身的功能回啥信

[kalinzhang]

之前上网络课程有一个 lab 就是做的路由，如果想动手的话推荐一个小软件 https://mininet.org/；可以本机搭一个虚拟网络，跑几个现成的小 server 然后 traceroute 看一看

[evill]

可以看看 calico 的 IPIP ，讲解的很清晰

[cybort]

我理解楼主不是要问不同网段的机器怎么通信，而是没有公网 ip 的机器怎么通信。其实本来是不可以的，因为有了 NAT 把局域网上的机器视作公网出入口的机器的一个应用，才能相互通信，但这都属于是补丁，你自己做个私有协议也可以实现。

[ben666]

1. 同一个子网内的主机可以通过 ARP 寻址，直接通讯
2. 跨子网，需要先把报文发给网关（可以是路由器、交换机等网络设备），网关再转出去

抓包分析一下有助于理解，如果能读 C 代码，可以直接看看这部分协议栈代码
dperf 测试仪的协议栈比较简洁，可以看看 ARP 、ICMP 、UDP 是怎么实现的
https://github.com/baidu/dperf

[shoco]

上课没好好听

[goodryb]

简单看了下，你是 2 层、3 层混在一起，你都提到子网，那就好好看 3 层路由转发的逻辑，跟 mac 、arp 没啥关系

本机有路由表、 路由器也有路由表，都是按照路由表来转发的

[zhaoxiaofeng]

基础有点差，可以先搜下二三层转发，把流程弄清

[xwwsxp]

https://www.greengeeks.com/support/article/how-to-run-a-traceroute-on-windows-mac-or-linux/

[EvanQu]

https://sspai.com/post/64634
可以看下 一共 7 篇
小白也能看懂的网络基础 由浅到深

[zchyit]

1 、机器 1 在 TCP/IP 层判断与机器 3 不在同一子网，于是将数据包转发给默认网关（即路由器 A ，机器 1 通过 ARP 获取默认网关的 MAC ，并填充到报文中，此时源目 IP 分别是 192.168.1.2 和 116.153.22.2 ）。
2 、默认网关（路由器 A ）收到报文，发现目的 MAC 是自己，于是收下，转交 TCP/IP 层处理。默认网关（路由器 A ）发现目的 IP 在不同子网，同样转发给自己的默认网关 116.153.22.X ，并做 NAT 地址转换（此时源目 IP 分别是 116.153.22.1 和 116.153.22.2 ），接下来过程在 ISP 内部，我们快进到路由器 B 的上一跳。
3 、此时报文到达路由器 B ，需要根据 IP 和端口做 NAT 地址转换（此时源目 IP 分别是 116.153.22.1 和 192.168.0.100 ），转发到机器 3 （这里只考虑这是一次正常的回包，如果机器 1 是首次通信，还涉及内网穿透知识，背景不详，不作展开）。

依稀记得是这样的，可能有一些细节没提到。

[nekoneko]

这俩没法通信, 通信的前提是一方是在广域网上内被找到的.
所以需要内网穿透

[sketcherly]

https://mp.weixin.qq.com/s/MXHouvWLBsm7hqHUUjJaEw

[wanguorui123]

先得学习 NAT 协议，然后了解下 TCP 打洞原理

[IDAEngine]

网关都不一样，不能通信，除非搭建 VPN 让机器在同一个子网，比如用 ZeroTier/LogMeIn/TailScale 这些

[zeroDev]

@zhyf2901 #14
https://127.0.0.1:1080
应用协议://ip 层（地址和 ip ）
地址是路由器管得

[nekoneko]

@nekoneko https://zhuanlan.zhihu.com/p/444415996

[dode]

每一台网络设备都会查看数据包是不是发给本网络下的对端设备，不是的话数据包就会发送给这个设备的默认路由

每一个网关路由设备会保存当前网络和其它网络 TCP&UDB 会话列表，记录网络连接状态

[tool2d]

你这情况比较特殊，需要自己手动构造路由表，估计要上软路由。

普通路由器都会限制 WAN 主动传入流量，甚至会主动 DROP WAN 端口的向内流量。一般都是 LAN 向外传，你需求是刚好相反的。

需要外网主动向内网发起访问。

[FaiChou]

不良林这视频讲的挺详细的, 属于保存下来隔段时间就刷一遍的网络通讯:

[shermie]

我曾经和你有一模一样的疑问，也想过那岂不是一个局域网下最多只能有 65535 个端口映射，后面看了一些书似懂非懂的，但是核心就是 ip：port 做路由映射，看那个日本人写的《网络是怎么样连接的》这本书，比较容易理解

[leconio]

[路由器是如何路由的？（上集）-哔哩哔哩] https://b23.tv/qhvbWWQ
之前看过一个视频，讲的挺好的

[Shinglee]

上面的推荐的不良林视频，建议你先看看。感觉你的整个思路都有问题。

[feaul]

@wy315700 说的不错，因为在不同的私网里，并且私网路由无法在公网上传播，
首先先把 3 的端口映射出来。在 B 上做 C 的映射，在 C 上做 3 的映射，这样就是 1 直接访问 B 了，
1 ，机器 1 源 ip：192.168.1.2 目标 ip：116.153.22.2 发现是跨网段的，直接转发给网关
2 ，路由器 A 做源 NAT 把源地址更换 源 ip：116.153.22.1 目标 ip：116.153.22.2
3 ，路由器 B 查找映射表 做目的 NAT 把目的地址更换 源 ip：116.153.22.1 目标 ip：192.168.1.2
4. 路由器 C 查找映射表 做目的 NAT 把目的地址更换 源 ip：116.153.22.1 目标 ip：192.168.0.100

[cdlnls]

1. 一个很常见的误区，家用”路由器“它不是书里面提到的”路由“器，它就是一个 ”NAT 设备“+”二层交换机“的二合一设备。

2. 真正的路由器 它只负责转发数据包，即“路由”。进过它的包进去是啥，出去还是啥。

3. 虚假的路由器（家用路由器/光猫），它看上去在“路由”，实际上背地里在做 NAT 地址转换。

两个不能混在一起谈。

[Songxwn]

不同子网的机器，是扔给网关的，二层 MAC 地址是网关的。

[feaul]

@zhyf2901 对是的，做的映射的数量是有限制的，实际的需求中不会做怎么多的映射，如果非要映射怎么多，可以配置多个公网地址。

[julyclyde]

首先要理解：
冲突域、数据链路层 访问控制子层
广播域、网络层
这两组关系

[smallfount]

你不能理解是因为你一上来就错了啊。。。
机器本身也会带路由表。。。
你的目标在本地带的明细路由不存在的情况下。。
机器的路由表会把你的包丢去默认路由指向的 IP, 也就是网卡的网关地址。
这时候 MAC 就不在有太大的作用了。。。数据包进到网关 IP 后就会根据路由设备的路由表转发流量
如果有 NAT 就映射地址。。没 NAT 就直接根据目标出去。
公网地址大部分都是默认路由出去了就。。

[zhyf2901]

多谢大家，给了很多思路和学习资料，暂时看不完，感觉要补的课有点多，我去回炉重造一下。

[crab]

https://tailscale.com/blog/how-nat-traversal-works

[jonathan11]

首先两个路由器直接是有 NAT 的，可以把内网地址跟外网地址进行映射，ping 的时候是 icmp 协议，没有端口，但是有个字段会代替端口的作用。
这里的一跟三是没办法 ping 通的，因为他们都在 NAT 之下，但是三可以通过 Nat 将自身端口映射到路由器 B ，达成一通过映射表达成访问三的端口(这里的一访问的是路由器 B 的 IP 地址)
如果不考虑 NAT ，路由器上面应该是有所有的路由，一发的包，目的 IP 是三，但是目的 MAC 会是路由器，因为跨网段会先通过网关查找路由表，然后在路由器 A 拆包发现 ip 地址不是自己，往路由器 B 发送。路由器 B 发现直连有同网段路由表，通过 arp 表，将目的 mac 换成三的 mac ，三收到后发现 ip 也是自己的，就开始准备回复，过程同理。

[keepMyselfClam]

首先呢你这里的配置缺少了一个关键信息，那就是每个网段子网掩码的长度。下面我们补充一个设定，就是 192.168.X.X 下面的子网掩码长度是 24 位的。
第二呢，路由器 a 和路由器 d 的这个网段是重复了。后面我们直接忽略路由器 d 和它下面的这个网段。
第三是,路由器 b 的这个设定的，一般来说一个路由器有多个接口，分别接到不同的网段。正确的描述应该是路由器 b 它有三个接口，一个接到广域网。所谓路由器 C 应该看做路由器 B 的另一个接口。
-
然后你需要知道每个机器自己的 IP,子网掩码长度和他的这个网关这三者之间的关系。
以 192.168.1.2 发包给 192.168.0.100 为例.
每个主机在往外发包的时候会根据自己的 IP 和子网掩码长度判断目标 IP 和自己 IP 是不是在同一个子网内。
如果在一个子网内，那么我要向外广播 arp 消息，询问目标 IP 的 mac 地址是多少，拿到目标 mac 地址之后填入包的二层地址。目标的 IP 填入三层地址，然后发包。
如果不在一个子网内，那么我要向外广播 ARP 消息询问网关的 mac 是多少。拿到网关的 MAC 之后填入包的二层地址。目标的 IP 填入三层地址，然后发包。在同一个子网内是由交换机负责转发数据包的。交换机只看二层的 mac 地址，它就会把这个包送到网关处。
网关路由器拿到了这个包之后，首先他检查 mac 是自己的，说明是它收的包，然后检查目标 IP 不是自己的，那他要把这个包转发出去。
网关路由器在转发包的时候需要有路由表，路由表即可以是静态配置，也可以由动态的路由协议去发现。这里网关会根据路由表发现我应该把这个包发给路由器 B 。
然后同样的他会用 arp 协议获取路由器 B 的 mac 地址。然后把路由器的 mac 地址填到二层的地址上，三层及上面的保持不变。
路由器 b 从广域网接口收到这个包之后，它会发现目标 IP 在自己的一个接口下面。这个时候他会发 arp 请求目标主机 IP 所对应的 mac 地址。收到 mac 地址后，把二层的 mac 换成目标主机的 mac 。送过去。
目标主机这样就会收到这个包了，此时他收到的 mac 地址是自己的,IP 地址是自己的。

[xumng123]

子网之间走路由

[snoBall]

我想机器 1 和 3 应该是无法互相发现的，因为两个用的都是保留的局域网地址，机器 1 如果构造目的地址为 192.168.0.100 的包，在送到路由器 A 的时候路由器发现其连接的网络中没有 192.168.0.x/24 ，不会把包向公网发送，就把包丢弃通知机器 1 目标不可达。所以如果机器 1,3 之间想要通信要么拥有公网 ip ，要么使用 nat 技术，毕竟通信需要做到先发现再通信。