OSI七层数据封装为什么先到网络层，再到数据链路层？

现实中不都是：终端-交换机-路由器-互联网-路由器-交换机-终端。

交换机是数据链路层设备，路由器是网络层设备。

“那为什么先去在路由器封装IP再到交换机封装MAC呢？”

题主可能以为，终端（host）封装好7层（http），再用4层（TCP）封装http，成为TCP + http包裹。然后把（TCP + http）包裹扔给3层路由设备，路由设备生成IP + TCP + http Packet。再然后，路由设备再将Packet扔给二层交换机，封装成 Ethernet + IP + TCP + http Frame。{BANNED}最佳后，从交换机端口的物理层以PAM调制模式发出。

这显然是认识误区！

每个通信终端（host）独立自主实现了OSI七层功能，用户数据离开主机（Write）的过程。

http---tcp---IP

到达IP层的时候，如果主机有多个物理接口，都可以到达目的地IP。根据物理接口对应的路由优先级选择{BANNED}最佳优物理接口，可以让Packet离开。

1. 如果以太网接口{BANNED}最佳优，扔给它处理，PAM调制，添加Preabmle + SFD 物理层同步信号，离开物理接口的样子是这样的;

http--tcp--IP--Ethernet--SFD--Preabmle

2. 如果以Wi-Fi接口{BANNED}最佳优，扔给它处理，QPSK调制，添加STF+ LTF +Signal物理层同步信号+训练符，离开物理接口的样子是这样的;

http--tcp--IP--802.11 -- Signal--LTF--STF

3. 如果光纤接口{BANNED}最佳优，扔给它处理，QAM调制，添加Preabmle + SFD 物理层同步信号

离开物理接口的样子是这样的;

http--tcp--IP--Ethernet--SFD--Preabmle

已经从上文3个物理接口离开了主机的数据包裹，以不同的形式在传输介质（medium）传播，但信号总要的落地的。换句话说，总要有一台设备需要读取（Read）上文的包裹。

如果读取上文包裹的是目的主机，即目的IP == 主机本身IP的情况。

为了读取1，那么需要实现：

Preabmle--SFD--Ethernet--IP--tcp--http

神奇的一幕发生了。

如果把

http--tcp--IP--Ethernet--SFD--Preabmle

比喻成从7楼下到1楼的下楼过程，那么

Preabmle--SFD--Ethernet--IP--tcp--http

就是从1楼上到7楼的爬楼过程。

完全相逆的！

至于为何要用7层来完成这个通信过程，而不是2层，直接将用户的数据写入物理层可以吗？

当然可以。

但是，如果接收主机（Destination Host）距离源主机（Source Host）距离非常遥远，远远超出上文3种传输介质的传输距离，怎么办？

采用信号中继（Relay），每隔一端距离将衰减信号采样出来，功率放大，再调制发送出去。通过N次的中继接力，可以将信号传输到地球上的每一个角落。这不就是海底光缆的工作原理吗？

可是，如果光缆的一端仅仅连接一台主机，一条海底光缆耗费几百亿美元就为了2台主机玩对战游戏，马斯克也会觉得这是极大的资源浪费！

为了共享以上稀缺的传输介质，需要有各种各样的中继设备，中继设备的存在才使得互联网（Internet）成为可能。

依据中继设备工作楼层，大体可以分为：

物理层中继（Layer 1 Relay ）

光纤中继、早期的以太网Hub, 主要为了信号跑得更远。

链路层中继（Layer 2 Relay ）

二层交换机、AP、光猫、桥接模式的家庭路由器、桥接模式防火墙，一方面可以信号传输的更远，但主要是为了提供更多物理接口、虚拟接口，无限扩展Internet的势力范围。

网络层中继（Layer 3 Relay）

三层交换机、路由器、路由模式防火墙、具有路由能力的服务器。一方面可以信号传输的更远，但{BANNED}最佳{BANNED}最佳主要的是为了进行过滤（Filter）、访问控制（Access List）。

{BANNED}最佳后再回到题主的问题：“现实中不都是：终端-交换机-路由器-互联网-路由器-交换机-终端。”

这个问题描述完全正确，通过上文对各种中继设备的对比你会发现。之所以终端（Host）不直接连接路由器，而是先连二层交换机。是因为交换机有更多的端口供终端连接。

比如，一台带扩展板卡的交换机拥有512个端口，可以连接512个终端。

比如，一个无线AP，{BANNED}最佳大可以提供256个虚拟端口，{BANNED}最佳大支持连接256个终端。

而通常路由器、路由模式的防火墙就4个接口，可能扩展到8个，理论上{BANNED}最佳大可以连接8个终端。一台几万美元的路由器/防火墙就为了连接8个终端？

嗯哼！

但是，一旦直连路由器/防火墙，那么这条直连网段上只有路由器、主机，意味着在这个直连网段上主机只能与路由器通信！

神奇再次出现！

一台三层交换机充当网关，即VLAN 子接口配置IP地址充当网关。终端都没有办法直连（Direct-Connected）网关！

为什么？

因为网关是虚拟的，是软件的形式存在的！

主机的一端是硬件的接口，网关是软件形式的，自然无法直连！

怎么办？

只要终端（Host）连接该网关所在的VLAN的交换机二层端口，就可以与网关通信了。

如果一个局域网属于VLAN 10的一共2048个端口，意味着连接这2048个端口的主机，都可以与网关（VLAN 10）进行直连通信。

且，2048个主机之间也可以直连通信，无需网关的介入。

当然，如果交换机在VLAN 10开启了端口隔离（Port Isolation），那么2048个主机还能通信吗？

不能了！

在VLAN 10这个网段，2048个主机可以和谁通信？

只能和网关通信。

以上说的你都明白了吗？