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我将首先说明我对网络和整个 OSI 模型知之甚少。

我的目标是使用非托管网络交换机创建一个小型网络（现在是我的笔记本电脑和树莓派）。在更高层传输（级别 3+）上，我只需为数据包设置目标 IP 地址。根据我在 Wikipedia 上阅读的内容，网络交换机在数据链路层运行，这意味着它使用 MAC 地址。

当与仅支持 MAC 地址的设备连接时，如何将数据发送到局域网上的设备。更重要的是，如何使用 Java 或 C# 等高级语言来做到这一点？

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Liam Kelly 的回答对数据发送的抽象提供了深刻的见解。我将尝试提供补充信息。

网络交换机操作

虽然大多数交换机在数据级别运行，但有些交换机可以在更高级别执行某些操作：

  • 第 3 层：在以太网物理层的范围内，第 3 层交换机可以执行通常由路由器执行的部分或全部功能。

  • 第 4 层：[...] 网络地址转换功能，但随后添加了基于 TCP 会话的某种类型的负载分配。

  • 第 7 层：[...] 基于统一资源定位器 (URL) 分配负载，或者通过使用某些特定于安装的技术来识别应用程序级事务。

RAW 套接字使用情况

如前所述，这些需要相当高级的编程技能。由于安全问题，它们在现代 Windows 操作系统（源）的非服务器版本中也受到严格限制：

  • TCP 数据不能通过原始套接字发送。
  • 无法通过原始套接字发送具有无效源地址的 UDP 数据报。任何传出 UDP 数据报的 IP 源地址必须存在于网络接口上，否则数据报将被丢弃。进行此更改是为了限制恶意代码创建分布式拒绝服务攻击的能力，并限制发送欺骗数据包（具有伪造源 IP 地址的 TCP/IP 数据包）的能力。
  • 不允许使用 IPPROTO_TCP 协议的原始套接字调用绑定函数。

建议

如果 .NET 对您来说是一个可行的选择，我会尝试 Pcap.Net，因为它允许使用高级编程（包括 LINQ）在数据包级别进行各种操作。

于 2017-03-31T18:24:22.183 回答
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TL;DR OSI 模型是关于抽象的，编程语言使用操作系统调用来实现这种抽象。Rasberry Pi 正在运行完整的操作系统，并将发送和接收寻址到其分配的 IP 地址的网络数据。您不需要指定 MAC 地址。

您想通过笔记本电脑与 Raspberry Pi 进行通信。为此，您首先将它们连接到哑交换机，并在连接到哑交换机的物理接口上为两个设备分配同一子网中的 IP 地址。假设您的笔记本电脑的物理以太网连接已分配10.0.0.1/24，并且 Rasberry Pi 的物理以太网连接已分配10.0.0.2/24（如果您不理解我的符号，请查看CIDR）。IP 地址是第 3 层结构。现在，您的应用程序将使用操作系统套接字创建具有第 4 层地址（应用程序端口）的 TCP 或 UDP 连接（请参阅此处的 UDP java 示例）。高于第 4 层的所有内容都由您的应用程序处理。

第 2 层及更低层由操作系统处理。当您的应用程序尝试通过套接字发送数据时，操作系统会通过查看目标 IP 地址来确定从哪个物理接口发送数据。此查找使用 OS 路由表。假设您有一个正常的路由表，操作系统将选择具有与目标 IP 相同子网的 ab IP 的接口。因此，如果您向 发送数据10.0.0.2，您的操作系统将从 发送数据，10.0.0.1因为它具有相同的子网10.0.0. 现在操作系统已经选择了一个接口，它仍然不知道将第 3 层 IP 数据包发送到哪个第 2 层 MAC 地址。操作系统不知道这一点的主要原因是 IP 地址可以更改，但第 2 层 MAC 地址不应该更改。无论如何，操作系统都会发出一个 ARP 请求，试图获取 IP 地址的 MAC 地址。如果设备连接正确，操作系统会获取所需 IP 地址的 MAC 地址，并开始向该 MAC 地址发送数据。交换机（智能或哑）确保消息到达所需的 MAC 地址。在接收端，操作系统接收数据包并将数据包中的数据发送到绑定到第 4 层地址（应用程序端口）的套接字。

旁注：技术上可以使用 RAW 套接字将数据仅发送到 MAC 地址，但这是非常技术性的。

于 2017-03-30T17:20:15.983 回答