目录
1、路由表的核心结构
2、IP分组传输过程和数据包转发过程
2.1、IP分组传输过程
2.2、数据包转发过程
2.3、IP分组传输过程和数据包转发的区别
3、数据包的变化
3.1、拓扑结构
3.2、传输过程详解（主机A → 主机B）
3.2.1、主机A发送数据
3.2.2、路由器R1转发
3.2.3、路由器R2转发到主机B
3.3、地址变化对照表
1、路由表的核心结构
路由器通过路由表决定数据包转发路径，路由表关键字段包括：
- 目的网络：Destination（标网络地址，如192.168.1.01）
- 子网掩码：Netmask（如255.255.255.0，简写为/24）
- 下一跳地址：NextHop（直连或相邻路由器的IP地址）
- 出接口：Interface（数据包转发出口，如eth0eth0）
| 目的网络 | 子网掩码 | 下一跳 | 出接口 |
|---|---|---|---|
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 203.0.1.113 | eth1 |
| 192.168.1.0 | 255.255.255.0 | - | eth0 |
| 192.168.1.0 | 255.255.255.252 | 192.168.2.1 | eth2 |
2、IP分组传输过程和数据包转发过程
2.1、IP分组传输过程
- 确定源和目的终端是否在同一个网络。
比较两个网络地址，如果相同，说明源和目的终端在同一网络，那IP分组传输过程将无需经过路由器。 - 根据默认网关找到第一跳路由器，路由器逐跳转发。
在这一步将进行数据包的转发过程，下面2.2将详细讨论。 - 直接交付
当路由器和目的终端之间没有其他路由器，即目的终端和该路由器的其中一个接口连接在同一个网路上，路由器通过该网络将IP分组直接传输给终端B。
2.2、数据包转发过程
当路由器收到IP数据包时，按以下步骤处理：
-
解封装与目标IP提取：剥离数据链路层帧头，提取目标IP地址（如192.168.1.5）。
-
路由表匹配：最长前缀匹配（Longest Prefix Match）
选择子网掩码最长（即最精确）的条目。
例如，目标IP 192.168.1.5 可匹配：192.168.1.0/30、192.168.1.0/24，最终选择/30条目（掩码长度30 > 24）。 -
下一跳处理
间接路由：若需中转（如192.168.1.0/30），将数据包发往下一跳IP地址。
直连网络：若下一跳为“-”（如192.168.1.0/24），直接通过出接口转发。 -
数据包转发
封装新帧头：根据出接口类型（如以太网），通过ARP获取下一跳MAC地址，重新封装数据链路层帧头。
更新TTL与校验和：TTL值减1，重新计算IP头部校验和。 -
无匹配处理
若无匹配条目且无默认路由（0.0.0.0/0），丢弃数据包并返回ICMP“目标不可达”错误。
2.3、IP分组传输过程和数据包转发的区别
| 特征 | IP分组传输过程 | 数据包转发过程 |
|---|---|---|
| 范围 | 全局性（跨多网络设备） | 局部性（单台设备处理） |
| 时间维度 | 从发送到接收的完整时间线 | 瞬时行为（纳秒级单次处理） |
| 依赖关系 | 依赖所有中间节点的正确转发 | 仅依赖当前设备的路由表与接口状态 |
| 协议参与 | 涉及网络层、传输层甚至应用层 | 仅网络层（IP协议） |
3、数据包的变化
3.1、拓扑结构
(局域网A) (广域网) (局域网B)192.168.1.0/24 10.2.3.0/24┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐│ 主机A │ │ 路由器R1│─────────────│ 路由器R2││ IP:192.168.1.10 │ LAN口:192.168.1.1 │ WAN口:203.0.113.2 ││ MAC:00:1A:2B:3C:4D:5E │ WAN口:203.0.113.1 │ LAN口:10.2.3.1 │└────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘│ │ ││ │ │┌────┴────┐ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐│ 交换机 │ │ 光纤链路│ │ 交换机 │└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘┌─────────┐│ 主机B ││ IP:10.2.3.5│ MAC:00:AA:BB:CC:DD:EE└─────────┘3.2、传输过程详解（主机A → 主机B）
3.2.1、主机A发送数据
封装逻辑：
以太网帧头 IP头部 TCP头部 应用数据
┌─────────────┬───────────────────┬───────────────────┬─────────────┐
| 目标MAC | 源IP 目标IP | 源端口 目标端口 | 实际载荷 |
| (R1-LAN口) | 192.168.1.10 | 54321 80 | "Hello" |
| 00:11:22:33:44:55 →10.2.3.5 | |
└─────────────┴───────────────────┴───────────────────┴─────────────┘3.2.2、路由器R1转发
地址转换：
新以太网帧头 IP头部（保持不变） TCP头部 应用数据
┌─────────────┬───────────────────┬───────────────────┬─────────────┐
| 目标MAC | 源IP 目标IP | 源端口 目标端口 | 实际载荷 |
| (R2-WAN口) | 192.168.1.10 | 54321 80 | "Hello" |
| 00:55:44:33:22:11 →10.2.3.5 | |
└─────────────┴───────────────────┴───────────────────┴─────────────┘3.2.3、路由器R2转发到主机B
最终封装：
以太网帧头 IP头部（保持不变） TCP头部 应用数据
┌─────────────┬───────────────────┬───────────────────┬─────────────┐
| 目标MAC | 源IP 目标IP | 源端口 目标端口 | 实际载荷 |
| (主机B) | 192.168.1.10 | 54321 80 | "Hello" |
| 00:AA:BB:CC:DD:EE →10.2.3.5 | |
└─────────────┴───────────────────┴───────────────────┴─────────────┘3.3、地址变化对照表
| 传输阶段 | 源MAC | 目标MAC | 源IP | 目标IP |
|---|---|---|---|---|
| 主机A → R1 | 00:1A:2B:3C:4D:5E | 00:11:22:33:44:55 | 192.168.1.10 | 10.2.3.5 |
| R1 → R2 | 00:11:22:33:44:55 | 00:55:44:33:22:11 | 192.168.1.10 | 10.2.3.5 |
| R2 → 主机B | 00:AA:BB:CC:DD:EE | 00:AA:BB:CC:DD:EE | 192.168.1.10 | 10.2.3.5 |
通过这个结构可以清晰看到：MAC地址在每一跳链路层都会改变，而IP地址始终保持端到端一致性（除非经过NAT）。这种设计实现了网络层的逻辑寻址与数据链路层的物理寻址解耦。
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