本节介绍的内容既有对前面内容的回顾和整合，也有一些新内容。网络知识庞大而琐碎，但是我介绍的都是最常用和基础的内容，希望读者能够记住与理解，若有不理解之处欢迎在公众号或者博客留言，以便于我进一步完善。
根据前面的学习，你应该可以理解：
当计算机与别的主机通信时，我们需要知道目标主机的IP地址。
如果目标IP与自己在同网段，那么就会去查找arp缓存表。
如果arp缓存表有相关的条目，那么计算机就知道了目标主机的MAC地址，就会进一步封装数据帧，然后数据从网卡发出。
如果arp缓存表中没有相关条目，那么会触发arp解析，计算机会向自己同网段中的所有主机广播，以询问该IP的MAC地址。获取arp应答后，将IP于MAC的对应关系写入arp缓存表，进而可以封装数据帧发送报文。
如果目标IP与自己不在同一网段，则目的MAC为默认网关的MAC，计算机会将数据发往默认网关，由默认网关进一步处理。
那么默认网关如何处理呢，他怎么就知道如何到达目标IP呢？
其实默认网关内部有一张表，我们称之为路由表。网关设备一般只会对二三层的信息进行封装和拆解。他将数据流拆解至数据帧，发现目标MAC是自己，于是它进一步拆封到数据包，知道了目标IP，接下来他就会到自己的路由表里去找。要知道，网关设备一般会连接多个网络，所以它是四通八达的，路由表里也会有通往多个网络的地图。它会根据目标IP来对路由表中的条目来进行尽可能精细的匹配。让我们尽可能详细地去了解一下这个过程。网关设备通常为路由器，我们以下便以路由器为例。
问：路由表长什么样子
答：
这个其实不太好说，因为不同厂商的路由表长相不太一样。但是但凡是路由表一般都会包含以下信息：目的地址、掩码、下一跳、metric
比如下面是一张华为路由器的路由表
你无需了解每一列是什么意思，你只需要看destination/mask和nexthop，他们标注了目标在destination/mask的时候，该发往哪个IP。interface则标出了应该从哪个口发出。其中，destination为0.0.0.0的条目为默认路由，如果目标IP没有命中出默路由以外的任何路由，则会命中默认路由；如果没有命中默认路由以外的任何路由又没有指定默认路由，数据会被路由表丢弃。
所以说，路由器并不知道通往目标IP的完整路径，只知道下一跳该发给谁，路由器就是以这样一种接力的方式一跳一跳地传送，最终将数据送达目标IP。
事实上，不光路由器有路由表，我们普通的主机也是有路由表的。windows系统可以用route print -4来查看路由表。我centos7的虚拟机的路由表内容如下：
[root@localhost ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 192.168.0.1 0.0.0.0 UG 100 0 0 ens33
192.168.0.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 100 0 0 ens33
[root@localhost ~]#
可以看到，默认网关是192.168.0.1是默认网关。有些朋友可能会对gateway为0.0.0.0的这一条目有所疑问。其实这是表示不需要网关的意思。我的虚拟机的IP是192.168.0.110/24，你再看看这一行的destination就会明白，192.168.0.0/24这一条目所匹配的主机根本和虚拟机在同一网段中，直接走arp就可以了。
所以说，其实无论主机还是路由器，都会经历“查找路由表---》据路由表确定下一跳地址---》根据下一跳地址查找arp表”这个过程，只不过同一网段的目标IP下一跳地址不会改变，而主机非同网段的下一跳通常就是默认网关而已。不过在虚拟化横行的今天，通常服务器会连入多个网络（包括虚拟网络），所以也可能会有多个gateway。
问：路由表是怎么得来的
答：
管理员静态指定或者通过路由协议学习。主机的路由表大多都是静态指定的，比较纯粹；路由器的路由表则复杂许多，比如你可以看看下图的proto这一列：
static是管理员静态指定的，RIP、OSPF都是一种路由协议，路由器之间可以通过路由协议来学习路由，这已经不在本章讨论的范畴，有兴趣的朋友可以去了解一下RIP，OSPF、BGP、ISIS等路由协议，这一般是专业的网络工程师研究的课题。
关于linux系统路由设置相关的话题，以后会专门花篇幅去介绍。
问：如果目标IP能够匹配多个路由条目怎么办
答：
按最精确的条目匹配（匹配符合条件的destination中mask最长的），比如上图中，去往20.0.0.1时，匹配20.0.0.1/32而不是20.0.0.0/8
如果说有两条掩码长度一样的destination都能匹配目标IP，一般会有进一步的评判标准。这个标准不同的路由器厂商不太一样。比如华为，针对每种类型的路由有一个pre值，如上图，静态的是60，OSPF是10，所以在匹配精度相同的情况下，通过OSPF学到的路由会更优先。（pre值可以手动修改）如果pre值又一样，一般会再看cost值，如果方法面面都一样，则两个nexthop都会选择，也就是会采取负载均衡的策略。
这大概是个老生常谈的问题，之前也给大家简单提到过，今天再拉出来理一下，强调一下。
假设满足了发送数据的条件（知道目的MAC、IP、域名等必要条件），数据是这样整理的：
客户端向服务器发送一个http请求：
1、 首先数据通过http协议进行封装
2、 http建立在tcp协议之上，需要在数据之前增加一个TCP首部，包含了源目端口等传输层信息，以便双方在传输层层面上能够通信；添加完TCP首部之后我们可以称其为数据段
4、完成传输层的封装之后，进入网络层，在TCP首部之前再加上IP首部，包含了源目IP等网络层的相关控制信息，添加完IP首部之后我们可称其为数据包
5、在IP首部之前增加源目MAC等以太网头部信息，构成数据帧
6、通过网卡转换为比特流，以电信号或电磁信号的形式在网络中传输
数据发送过程大致就是如此，比特流经过交换机处理时，交换机会对比特流解封装至数据链路层，转发时再进行封装；经过路由器时，会解封装至网络层，根据路由表的情况发送给下一跳，并在封装数据帧时将目的MAC改为下一跳IP所对应的MAC，将源MAC改为自己接口的MAC；最终到达目的主机时，会一路解封装至应用层的数据，传递给应用程序处理。
IPV4的地址已经不够用了。IPV4地址一共有2^32=42亿个，但是现在在网电子设备的数量是这个数字的好几倍。为此，IPV4采用了一系列的措施来延缓IPV4地址用罄的尴尬。
比如私有地址和NAT：
家庭或者企业内部使用私有地址，在公网传输的时候才使用公网地址，这种地址转换技术就叫做NAT：
这样一来，可能几百台甚至几千台主机上网时只需要用一两个公网IP，这种方式看上去非常好，也确实起到了很好的作用。路由器上的NAT设置不在本作的讨论范畴之内，还是那个原因：这通常是网络工程师或者网络管理员做的事情，各个路由厂商的NAT设置命令也不尽相同，届时可参考设备的命令手册进行设置，或者请求对应厂商400服务的支持。
值得一提的是，服务器领域也常常需要做NAT转换。因为很多应用程序处于安全考虑，监听在本地的环回口（如127.0.0.1），需要主机将原本的地址转换为程序监听的地址。此外，随着虚拟化和容器技术的发展，物理服务器内部通常暗藏乾坤：物理机内部有着复杂的虚拟网络，虚拟网络采用的IP地址段很可能与物理网络不同，此时也需要进行NAT转换。在Linux主机中，这通常借助iptables防火墙规则来实现。这些内容在进阶部分会向大家详细介绍。
虽然NAT技术大大缓解了IPV4的用量问题，但是毕竟治标不治本，它还能撑多久呢？事实上治本的方案早就在二十年之前就提出来了，那就是IPV6。IPV6到底和IPV4有什么不同呢？为什么到现在为止，仍然没有取代IPV4呢？这些问题，下一节再和大家聊。
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