使用IP地址通信时数据转发的流程

1. 背景：

在复习计算机通信相关的知识的时候，有遇到一个问题：网络中两台主机A和B使用IP地址进行通信时，数据包是怎么转发的？

2. 具体的流程：

1. 主机A打算通过IP地址向主机B发送信息，首先在主机A的网络层中对数据进行组装，其中：

源IP地址：A的IP地址
目的IP地址：B的IP地址

2. 在主机A的网络层，首先判断主机B的IP地址与主机A是否时属于同一个字网，具体的做法是：主机A使用自己的字网掩码与主机B的IP地址进行“与”运算，得到的结果跟主机A的网络地址进行对比，如果相同则表示A和B属于同一子网，否则属于不同的字网。

3. 若A和B属于同一子网，如果A知道B的MAC地址，则在主机A的数据链路层把IP数据包封装成“帧”的形式，其中：

   源MAC地址：A的MAC地址
   目的MAC地址：B的MAC地址
   源IP地址：A的IP地址
   目的IP地址：B的IP地址

   如果A不知道B的MAC地址，则使用ARP协议，发送一个数据包来获取B的MAC地址，获得之后，在使用同样的方法来对IP数据包进行封装。然后直接发给主机B，至此完成数据传输。
   若A和B属于不同的子网，A会使用ARP协议发送一个ARP数据包来获取与A相连 接的路由器1的MAC地址，之后再在数据链路层对IP数据包进行封装，其中：

   源MAC地址：A的MAC地址
   目的MAC地址：路由器1的MAC地址
   源IP地址：A的IP地址
   目的IP地址：B的IP地址

   然后再把封装好的数据帧发送给与A相连接的网关1.

4. 路由器1收到来自内部主机A的数据帧后，知道主机A希望自己转发这个数据帧，于是它就查找自己的路由表，路由器的路由表可以有两种方式进行获得：一是管理员手动添加，称为静态配置，另一种是通过路由器转发的记录自动获得，称为动态配置。在路由表中查到有与目的IP地址网络地址相对应的下一个路由地址后，这里假设为路由器2，就会对来自A的数据帧进行重组，重组后：

   源MAC地址：路由器1的MAC地址
   目的MAC地址：路由器2的MAC地址
   源IP地址：A的IP地址
   目的IP地址：B的IP地址

如果在路由器1的路由表中没有找到与主机B的网络地址相关的下一个路由地址，就会把数据发送到路由表中的默认路由地址，这是重组后的数据帧中：

源MAC地址：路由器1的MAC地址
目的MAC地址：默认路由的MAC地址
源IP地址：A的IP地址
目的IP地址：B的IP地址

5. 路由器2在接收到路由器1发来的数据后，首先进行判断目的IP地址即主机B的IP地址是不是自己的本地网络内的，如果是自己所在的子网，则不在进行转发，将接收的数据进行重新封装：

源MAC地址：路由器2的MAC地址
目的MAC地址：主机B的MAC地址
源IP地址：A的IP地址
目的IP地址：B的IP地址

其中主机B的MAC地址可以通过ARP协议获得。封装过后再发给主机B，至此数据传输完成。如果不是，所做的事情跟之前路由器1一样，对其重新进行封装后再转发。

6. 接下来的每一跳中，经过的路由器进行转发的时候所做的工作就跟路由器2所做的工作一样，直到找到目的IP（主机B）所在的网络。

3. 需要注意的事：

• 沿途所经过的转发的路由器它们并不知道从主机A到主机B完整的路由路径，它们只是知道自己应该转发的下一个的路由地址。
• 数据包在被转发的过程中源、目的MAC地址会被修改，但是相关的IP地址不会被修改。
• 以上所讲的路由器也可以理解为网关。
• 在UNIX下可以使用命令traceroute + 网址来对完整的路由信息进行跟踪。