IPv4数据报的封装与解封装

摘自：《深入理解计算机网络》 王达著 机械工业出版社
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IPv4数据报的封装与解封装

IPv4数据报的封装

发送端网络层生成的IP数据报还要继续往下传输，到达数据链路层后就要封装成数据帧了。IP数据报的“帧封装”原理很简单，只需要把来自网络层的整个IP数据报（包括包头部分和数据部分）当做数据链路层的数据部分，然后再前面加上与数据链路层对应的协议头即可。以太局域网中，由于数据链路层分成了LLC子层和MAC子层的协议头封装，最终形成数据链路层的以太网MAC帧，如下图所示。在帧头中我们一般要加上源和目的节点的MAC地址，因为数据链路层是通过MAC地址进行寻址的。

IPv4数据报的封装和解封装流程

以上所述是经过一个网络的情形，如果一个IP数据报在整个传输过程中要经过几个网络时，怎么办呢？这是其实又涉及到一个解封装的过程。解封装就是由数据链路层的帧格式解封成原始的数据报格式。当源主机发送一个IP数据报经过两个路由器连接的三个网络时的封装和解封过程如下（流程图见上图）：
1. 当源主机发送一个IP数据报时，在内网网络1中传输是以帧形式进行的，所以首先需要把元素的IP数据报封装成帧，在网络1中的链路上进行传输。此时把原来的IP数据报作为整个MAC帧的“数据”部分，然后加上网络1链路层协议的头部信息，作为帧头，即帧头1。
2. 当帧传输到路由器1连接网络1的接口时，相当于要把帧从数据链路层上传到网络层，于是要对原来的帧进行解封装，去掉帧头和帧尾信息（在有帧尾的情况下），还原出原来的IP数据报，以识别包中的目的地址信息，然后根据路由器中的路由表信息进行路由转发。此时IP数据报的内容都没有改变，包括IP包头部分中的源和目的地址信息等。
3. 当IP数据报在路由器1中从网络1路由到网络2后，又需要在网络2的链路层进行传输，所以又要重新封装成帧，仍把原来的整个IP数据报作为数据部分，不过此时加上的是网络2链路层的协议头信息作为帧头部，即帧头2。
4. 当帧传输到路由器2连接网络2的接口时，又相当于从数据链路层到了网络层，所以又要对帧进行解封装，仍旧还原出原来的IP数据报，使路由器2可以识别包中的目的地址信息，只有这样路由器2才能根据其路由表信息进行正确的数据报路由、转发。
5. 当IP数据报在路由器2从网络2到网络3后，又需要在网络3的链路层进行传输，所以又要重新封装和解封，仍把原来的整个IP数据报作为数据部分，不过此时加上的是网络3链路层的协议头信息作为帧头部，即帧头3。
6. 当从网络3的数据链路层把帧传输到目的主机时，在目的主机上又会对帧进行解封装，去掉帧头和帧尾，还原出原来的IP数据报，以获取IP数据报中的真正数据。
从以上的过程可以看出，IP数据报无论经过了多少个网络，整个数据报内容都是不会改变的，包括包头部分的源和目的地址信息。变化的只是在不同网络数据链路上传输的帧头信息，即在不同网络链路上传输的帧源MAC地址会改变，目的MAC地址不会改变。