IP数据报传输与处理过程

IP数据报传输与处理过程

       图1-1显示了由3个路由器互联3个以太网的互联网示意图，表1-1~表1-7给出了主机A、B和路由器R1，R2，R3的路由表。

表1-1     主机A的路由表

子网掩码

目的网络

下一路由器

255.255.0.0

10.1.0.0

直接投递

0.0.0.0

0.0.0.0

10.1.0.1

 

表1-2     路由器R1的路由表

子网掩码

目的网络

下一路由器

255.255.0.0

10.1.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.3.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.2.0.0

10.1.0.1

 

表1-3     路由器R2的路由表

子网掩码

目的网络

下一路由器

255.255.0.0

10.1.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.2.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.3.0.0

10.2.0.2

 

 

表1-4     路由器R3的路由表

子网掩码

目的网络

下一路由器

255.255.0.0

10.2.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.3.0.0

直接投递

255.255.0.0

10.1.0.0

10.2.0.1

 

表1-5     主机B的路由表

子网掩码

目的网络

下一路由器

255.255.0.0

10.3.0.0

直接投递

0.0.0.0

0.0.0.0

10.3.0.2

假如主机A的某个应用程序需要发送数据到主机B的某个应用程序，IP数据报在互联网中的传输与处理大致要经历如下过程：

1. 主机发送IP数据报

如果主机A要发送数据给互联网上的另一台主机B，那么，主机A首先要构造一个目的IP地址为主机B的IP数据报（目的IP地址=10.3.0.88），然后对数据报进行路由选择。利用路由选择算法和主机A的路由表（见表1-1）可以得到，目的主机B和主机A不在同一网络，需要将该数据报转发到默认路由器R2（IP地址10.1.0.1）。

尽管主机A需要将数据报首先送到它的默认路由器R2而不是目的主机B，但是它既不会修改原IP数据报的内容，也不会在原IP数据报上面附加内容（甚至不附加下一默认路由器的IP地址）。那么，主机A怎样将数据报发送给下一路由器呢？在发送数据报之前，主机A首先调用ARP地址解析软件，得到下一默认路由器IP地址与MAC地址的映射关系，然后以该MAC地址为帧的目的地址形成一个帧，并将IP数据报封装在帧的数据区，最后由具体的物理网络（以太网）完成数据报的真正传输。由此可见，在为IP数据报选路时主机A使用数据报的目的IP地址，并且得到的是默认路由器R2的IP地址。但真正的数据传输是通过将IP数据报封装成帧，并利用默认路由器R2的MAC地址实现的。

2. 路由器R2处理和转发IP数据报

路由器R2接收到主机A发送给它的帧后，去掉帧头，并把IP数据报提交给IP软件处理。由于该IP数据报的目的地并不是路由器R2，因此R2需要将它转发出去。

利用路由选择算法和路由器R2的路由表（见表1-3）可知，如果要到达数据报的目的地，必须将它投递到IP地址为10.2.0.2的路由器（路由器R3）。

通过以太网投递时，路由器R2需要调用ARP地址解析软件，得到路由器R3的IP地址与MAC地址的映射关系，并利用该MAC地址作为帧的目的地址将IP数据报封装成帧，最后由以太网完成真正的数据投递。

需要注意的是，路由器在转发数据之前，IP软件需要从数据报报头的“生存周期”减去一定的值。若“生存周期”小于或等于0，则抛弃该报文；否则，重新计算IP数据报的校验和并继续转发。

3. 路由器R3处理和转发IP数据报

与路由器R2相同，路由器R3接收到路由器R2发送的帧后也需要去掉帧头，并把IP数据报提交给IP软件处理。与路由器R2不同，路由器R3在路由选择过程中发现该数据报指定的目的网络与自己直接相连，可以直接投递。于是，路由器R3调用ARP地址解析软件得到主机B的IP地址与MAC地址的映射关系，利用该MAC地址作为帧的目的地址，将IP数据报封装成帧，并由以太网实现数据的真正传递。

 

4. 主机B接收IP数据报

当封装IP数据报的帧到达主机B后，主机B对该帧进行解封装，并将IP数据报送主机B上的IP软件处理。IP软件确认该数据报的目的IP地址10.3.0.88为自己的IP地址后，将IP数据报中封装的数据信息送交高层协议软件处理。

从IP数据报在互联网中被处理和传递的过程可以看到，每个路由器都是一个自治的系统，它们根据自己掌握的路由信息对每一个IP数据报进行路由选择和转发。路由表在路由选择过程中发挥着重要作用，如果一个路由器的路由表发生变化，到达目的网络所经过的路径就有可能发生变化。例如，假如主机A路由表中的默认路由不是路由表R2（10.1.0.1），而是路由器R1（10.1.0.2），那么，主机A发往主机B的IP数据报就不会沿A-R2-R3-B，它将通过R1到达主机B。

另外，图1-1所示的互联网是3个以太网的互联，由于它们的MTU相同，因此IP数据报在传递过程中不需要分片。如果路由器连接不同类型的网络，而这些网络的MTU又不相同，那么，路由器在转发之前可能需要对IP数据报分片。对接收到的数据报，不管它是分片后形成的IP数据报还是未分片的IP数据报，路由器都一视同仁，进行相同的路由处理和转发。