路由器NAT功能如何转发数据（路由器对ICMP、TCP、UDP报文处理）

目录

 一、引言

二、以太网帧及IP数据报格式回顾

三、路由器对ICMP、TCP、UDP报文处理

3.1、路由器对ICMP报文处理

3.2、路由器对UDP报文处理

3.3、路由器对TCP报文处理

四、遗留问题

五、参考文章

六、其他

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 一、引言

下图主机1和互联网上的服务器通讯，各级路由器如何转发IP数据报呢？

（注意主机1、主机2、主机3的IP地址一样的）

二、以太网帧及IP数据报格式回顾

下图来自《TCP/IP详解，卷1：协议》。 

 

  

三、路由器对ICMP、TCP、UDP报文处理

3.1、路由器对ICMP报文处理

下面以 PING 程序发送ICMP回显请求为例；

 

 子网主机发送给外网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
源IP	ICMP标识符	源IP	ICMP标识符
IP1	x1	路由器IP	y1
IP2	x2	路由器IP	y2
...	...	...	...
IPn	xn	路由器IP	yn

同时将对应关系（IPn、xn<——>yn）缓存起来，待外网主机回复时，找到子网目标主机；

外网主机回复子网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
目的IP	ICMP标识符	目的IP	ICMP标识符
路由器IP	y1	IP1	x1
路由器IP	y2	IP2	x2
...	...	...	...
路由器IP	yn	IPn	xn

将对应关系（IPn、xn<——>yn）缓存删除，释放资源。

PS：上文 “一、引言” 图中的路由器2，需要转发多个子网的数据包，16位的“标识符”长度可能不够用，此时需要路由器具备多个外网的 IP 地址。

3.2、路由器对UDP报文处理

子网主机发送给外网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
源IP	UDP端口	源IP	UDP端口
IP1	xx1	路由器IP	yy1
IP2	xx2	路由器IP	yy2
...	...	...	...
IPn	xxn	路由器IP	yyn

同时将对应关系（IPn、xxn<——>yyn）缓存起来，待外网主机回复时，找到子网目标主机；

外网主机回复子网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
目的IP	UDP端口	目的IP	UDP端口
路由器IP	yy1	IP1	xx1
路由器IP	yy2	IP2	xx2
...	...	...	...
路由器IP	yyn	IPn	xxn

3.3、路由器对TCP报文处理

 

子网主机发送给外网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
源IP	TCP端口	源IP	TCP端口
IP1	xxx1	路由器IP	yyy1
IP2	xxx2	路由器IP	yyy2
...	...	...	...
IPn	xxxn	路由器IP	yyyn

同时将对应关系（IPn、xxxn<——>yyyn）缓存起来，待外网主机回复时，找到子网目标主机；

外网主机回复子网主机，路由器对IP数据报处理:

输入（处理前）		输出（处理后）
目的IP	TCP端口	目的IP	TCP端口
路由器IP	yyy1	IP1	xxx1
路由器IP	yyy2	IP2	xxx2
路由器IP	...	...	...
路由器IP	yyyn	IPn	xxxn

四、遗留问题

上文“二、路由器对ICMP、TCP、UDP报文处理”中，未说明路由器对 UDP、TCP 数据包处理过程中，缓存的对应关系（IPn、xxxn<——>yyyn），何时删除。

参考：

Nat 对 tcp ， udp ， icmp 报文的处理 _卧龙小学堂-优快云博客_icmp nat

五、参考文章

P2P学习（一）NAT的四种类型以及类型探测 - 山上有风景 - 博客园

路由器处理icmp包的想法_wuxinyanzi的专栏-优快云博客

六、其他

本文见解来自《TCP/IP详解，卷1：协议》、《计算机网络》（第7版，谢希仁），以及网络资源，若有不对之处请留言交流。

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