4.2.6 IP层转发分组流程

以一个例子来说明路由器是如何转发分组的

• 4个A类网络通过3个路由器连接在一起，每一个网络上都有成千上万台主机：
  若路由表指出到每一台主机应怎样转发，那么所得到的路由表就过于庞大，每个路由表都需要成千上万个条目。
  若路由表仅指出到某个网络该如何转发，就可以简化路由表，只需要四个条目。
  上图每个路由器都有两个不同的ip地址

• 将上图整个网络拓补简化为下图
  如此不关心某个网络内部的具体拓补以及其中包含的主机，专注于研究分组转发
  在互联网上转发分组时，其实是从 一个路由器 转发到 下一个路由器
  

• 路由表中每一条路由最主要的两个信息
  （目的网络地址，下一跳地址）

• 由目的网络地址来确定下一跳路由器
  1、ip数据报最终能找到 目的主机 所在 目的网络 上的 路由器（可能要通过多次间接交付）
  2、只有达到最后一个路由器，才试图向目的主机进行直接交付

• 特定主机路由
  对 特定的目的主机 人为指明 一个的路由，人为规定去某个网络必须走指定路径
  用于网管方便的控制和测试网络、安全性问题

• 默认路由
  找不到某个目的网络的数据报就发送给这个默认路由
  可以减小 路由表所占用的空间 和 搜索路由表所用的时间
  主机在发送数据报时都要查找自己的路由表。若一台主机连接在一个小网络上，而网络只用一个路由器和互联网相连，此时使用默认路由时分合适。
  
  如上图，连接在网络N₁上的任一台主机中的路由表只需要3个项目即可：
  1、到本网络主机的路由，目的网络就是本网络N₁，不需要路由器转发，直接交付
  2、到网络N₂的路由，对应下一条路由器是R₂
  3、默认路由，只要目的网络是其它网络，就一律选择默认路由，将数据报间接交付R₁，让R₁转发给下一个路由器，一直转发到目的网络上的路由器，最后进行直接交付

• 待转发的数据报如何找到下一跳路由器？
  当路由器收到 一个待转发的数据报 ，从路由表中得到 下一跳路由器的ip地址 之后，不是把这个地址填入ip数据报，而是将这个地址送交数据链路层的网络接口软件。
  通过ARP，网络接口软件将下一跳路由器的ip地址转换成mac地址，并将 此mac地址 放在 2层的mac帧的首部，将 待转发的ip数据报 放到 2层的mac帧的数据部分，然后根据这个mac地址找到下一跳路由器的接口，发送mac帧。
  接收方2层接收这个mac帧，将数据报上传到3层，继续以同样方式转发…
  如此，当转发若干数据报时，上述：查找路由表得到下一跳ip地址、ARP解析得到下一跳mac地址、将mac地址写入mac帧首部、发送。不断重复进行
  虽然ip地址到mac地址的多次转换造成开销，但是在路由表中直接使用mac地址更麻烦

• 分组转发算法
  1、路由器从 数据报的首部 提取出 目的主机的ip地址D，得出 目的网络地址N
  2、若N就是与此路由器直接相连的某个网络地址，则进行直接交付（ARP获取mac地址，放入mac帧首部，交付目的主机）。否则本次就是间接交付，转3
  3、若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表所指明的下一跳路由器。否则执行4
  4、若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给这个路由。否则转5
  5、若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给这个默认路由器。否则转6
  6、报告转发分组出错

• 路由器没有指明分组到某个网络的完整路径
  路由表指出：到某个网络应先到某个路由器（即下一跳路由器），到达下一跳路由器后继续查找其路由器，得到再下一步应当到哪一个路由器
  如此一步一步，直至到达目的网络
  这么做的最大好处就是使得路由选择动态灵活，若网络的情况发生变化（如发生拥塞），各路由器中的路由表也会随之更新，而改变下一跳路由，实现动态路由选择。