HPC-Intro

准备HPC的lab时的一些琐碎的知识，记录一下

写信时，信封会写上收件地址和收件人，如果把网络世界比作城市，网卡就像是城市中的建筑，MAC地址就是建筑的物理地址，ip地址就是住在建筑里的人

在计算机网络中发送信息，我们只需要填写目标IP和内容，操作系统会通过查询arp表获取对方的MAC地址，从网卡发出

设备的通信都是靠网卡进行的，每张网卡出厂时都会写入一个MAC地址。一个计算机通过网线连到交换机的某个端口，交换机将端口号和MAC地址绑定。
同时，网卡还需要配置IP地址。当电脑插上网线或手机连入到wifi，操作系统网络协议栈会自动向外发送一包DHCP请求，路由器收到请求后会为其分配一个IP地址，并通过DHCP回复报文发送回去。操作系统收到回包后，将其分配的IP地址配置到网卡里。一个网络中，IP地址是唯一的。

操作系统如何知道对方的MAC地址呢？这一步由arp协议完成。例如计算机a向计算机b发送消息，操作系统会先发送一包arp广播报文出去，问一下某个IP地址的MAC地址是多少，除了该IP地址的设备，都会丢弃这包请求报文，只有那个IP地址的设备会回复自己的MAC地址是多少，计算机a知道后会将MAC地址缓存以便下次使用，然后补齐信息（MAC+IP+内容）从网卡发送出去。

交换机根据数据包中的目标MAC地址找到计算机b的端口，发送给计算机b

什么是交换机？两台电脑通过网线传输数据，如果有五台电脑，那每个电脑就要接4根网线，现在将电脑都接入交换机，根据我们上面说的进行数据传输。
这些设备和它们连接的交换机组成了一个局域网，将两个局域网的交换机连接起来，得到更大的一个局域网，交换机之间又通过交换机连接……

互联网服务提供商（如移动等）就负责将各地设备接入到一个大的网络中

IPV4、NAT和IPV6

IPV4由32个位组成，每8位二进制数为一组，转换为十进制，如192.168.0.1
IPV4是不够用的，我们很难做到让每个设备拥有自己的独立IP，我们引入新技术NAT(网络地址转换)
假设5台电脑ABCDE接入一个路由器，它们的IP为192.168.0.1到182.168.0.5，它们接入的路由器接入广域网的IP为6.6.6.6，路由器作为网关（简单说就是局域网内部设备与外部广域网交互的出口），假设电脑A要发送信息给广域网中IP为8.8.8.8的设备，网关会把发送过来的数据的IP映射成6.6.6.6，这样，五台设备在广域网中就共用了一个IP，即6.6.6.6，但这样就无法区分五台设备了。

网关以不同端口与外部交互，把端口映射给局域网内的各个设备，传输数据时除了IP地址映射，还有端口号映射，比如A就映射成6.6.6.6 : 1000，要注意的是，这里的1000并不是什么路由器上的物理端口，可以理解成一个标识

这五台设备的IP就是私有IP，而6.6.6.6就是公网IP，8.8.8.8设备下也完全可以有五台设备，它们的IP地址是192.168.0.1到182.168.0.5

IPV6由8组四位十六进制数组合而成，正在慢慢取代IPV4

总结一下，arp协议只在局域网内起作用，通过IP地址找到同一网络内设备的MAC地址，如果要跨网络，要把信息交给网关，例如上面提到的A电脑发给8.8.8.8，arp这时就会问网关的MAC地址，发送出去的信息包含网关的MAC地址和最终目的地IP地址(8.8.8.8).
交换机看到目标MAC是网关，就根据MAC地址表，从连接网关那个物理口送出去。
网关路由器：收到后拆开，看到目标IP是 8.8.8.8，就开始用路由表在互联网上转发。同时执行NAT，把源IP从 192.168.0.1 换成公网IP 6.6.6.6