IP路由选择过程

来源：CCNA 学习指南 第六版

 

先简单描述拓扑：主机A（IP地址为172.16.10.2）连接路由器E0口（IP地址为172.16.10.1），主机B(IP地址为172.16.20.2)连接路由器E1口（IP地址为172.16.20.1）。很简单的结构。

在这个实例中，主机A上的某个用户ping主机B的IP地址。让我们来看一下这个过程：

 

一、主机A

    1、因特网控制报文协议（ICMP）将创建一个回应请求数据包（在它的数据域中只包含有字母）。

2、ICMP将把这个有效负荷交给因特网协议（IP），然后IP协议会创建一个数据包，这时，这个数据包将包含源IP地址、目的IP地址和值为01h的协议字段（cisco习惯在十六进制字符前面添加0x，这样就有了0x01的表示）。在本例中，当数据包到达目的地时，所有这些内容会告诉接收方主机，它应该将这个有效负荷交给ICMP处理。

3、一旦数据包被创建，IP协议将判断目的IP地址是处于本地网络，还是处于远程网络上。

4、由于IP协议断定这是一个远程请求，这个数据包需要被发送到默认网关，这样这个数据包才会被路由到远程网络。在Windows中的注册表将被使用以查找被配置的默认网关。

5、主机172.16.10.2（主机A）的默认网关被配置为172.16.10.1，要能发送这个数据包到默认网关，必须知道路由器的E0（IP地址为172.16.10.1）的硬件地址。只有这样数据包才会下传给数据链路层，并形成帧，然后发送给路由器与172.16.10.0连接的端口。在本地局域网内，主机只可以通过硬件地址来通信。理解主机A要与主机B通信，它必须将数据包发送到本地网络默认网关的MAC地址处，这一点是非常重要的。

6、接着，检查ARP缓存，查看默认网关的IP地址是否已经解析为硬件地址。

（1）如果已经解析，数据包将被释放、传送到数据链路层并成为帧（目的方的硬件地址也将同数据包一起下传到数据链路层）。

（2）如果这个硬件地址主机的ARP缓存中尚未解析，一个ARP广播将被发送到本地网络，以搜索172.16.10.1的硬件地址。路由器会响应这个请求并提供E0的硬件地址，接着这个主机将缓存这个地址。同时路由器也会缓存主机A的硬件地址到ARP缓存中。

7、一旦这个数据包和目的方的硬件地址被交给数据链路层，局域网驱动器将被用来提供媒体访问以通过所用类型的局域网（本例中，即以太网）。一个数据帧将被产生，使用控制信息来封装此数据包。在这个帧中包含有目的方和源方的硬件地址，及以太网类型字段（这个字段里描述的是交付此数据包到数据链路层的网络层协议），在本例中这个协议为IP协议。在这个帧的结尾处是被称为帧校验序列（FCS）的字段，它是装载循环冗余校验（CRC）计算值的区域。

8、一旦帧的封装被完成，这个帧将被交付到物理层，以一次一位的方式发往物理媒体（在本例中是双绞线对）。

二、路由器

 

9、此冲突域中的每一个设备将接收到这些位并重建成帧。它们每个都将运行CRC并核对保存在FCS字段中的内容。如果两个值不相匹配，此帧将被丢弃。

（1）如果这个CRC值相吻合（在本例中，指的是路由器的E0口）然后目的方的硬件地址也将被核查，检查它们是否也匹配。

（2）如果它也是匹配的，那么路由器将查看以太网类型字段，以了解在网络层上使用的协议。

10、数据包将从帧中取出，然后剩余部分将被丢弃。数据包将被传送给以太网类型字段中列出的上层协议，在这里是传递给IP协议。

11、IP会接收这个数据包，并检查其IP目的地址。由于数据包的目的地址与接收路由器所配置的任一地址都不相匹配，路由器将会在路由表中查看目的IP网络的地址。

12、此路由表中必须包含有172.16.20.0的表项，否则此数据包将被丢弃，然后一个携带有“destination network unavailable”信息的ICMP包将被发送回源方设备。

13、如果路由器的确在它的路由表中查到了目的方的网络，数据包将被交换到输出接口，在本例中，为E1接口。

14、路由器将交换此数据包到E1接口的缓冲区内。

15、E1接口的缓冲区需要了解目的方的硬件地址，它首先检查ARP缓存。

（1）如果主机B的硬件地址已经被解析，则这个数据包和这个硬件地址将被传递到数据链路层以便形成帧。

（2）如果硬件地址没有被解析，路由器将从E1发送一个ARP请求，期待172.16.20.2的硬件地址。主机B会使用它的硬件地址来进行响应，然后这个包和硬件地址都会被发送到数据链路层以组成帧。

16、数据链路层将使用这个目的方和源方的硬件地址，及以太网的类型字段和处于帧尾部的FCS字段来创建一个帧。这个帧被传送到物理层，并以一次一位的方式发送到物理媒体上。

 

三、主机B

 

17、主机B接收到此帧并运行CRC。如果运算结果与FCS字段的内容相匹配，这个目的方的硬件地址将被检查。如果主机B发现是匹配的，随后将检查以太网类型字段中的值，以判断应该将数据包上传给网络层什么位置（本例中为IP协议）。

18、在网络层，IP会接收这个数据包并检查其目的方的IP地址，。由于它们终归是匹配的，数据包的协议字段将被检查以了解此有效负荷应该交给谁。

19、此有效负荷会交给ICMP，它将会知道这是一个回应请求。ICMP将会应答这个请求，通过立即丢弃这个数据包并随后产生一个新的有效负荷来作为回应应答。

20、随后创建的数据包将包含源方和目的方的地址、协议字段和有效负荷。现在目的方的设备为主机A。

21、然后，IP将检查以了解这个目的方的IP地址是否是本地局域网上的设备，或者是一个存在于远程网络上的设备。由于这个目的方的设备位于远程网络，此数据包将需要被发送到默认网关上。

22、在此Windows设备的注册表上，可以找到默认网关的IP地址，之后将检查ARP缓存，以了解是否已经完成了从IP地址到硬件地址的解析。

23、一旦默认网关的硬件地址被找到，此数据包和目的方硬件地址都将被送往数据链路层以完成帧的封装。

24、数据链路层会封装数据包的内容，并在帧报头中包含以下内容：

·目的方和源方的硬件地址

·在以太网类型字段中填入0x0800（表明是IP协议）

·将CRC结果填入FCS字段

25、这是帧将被下传给物理层，并以一次一位的方式发送到网络媒体上。

 

四、路由器

 

26、路由器的E1接口会接收到这些位并重建一个帧。CRC校验被运行，帧的FCS字段被校验以确认两个结果是匹配的。

27、一旦CRC校验通过，硬件目的地址将被检查。由于路由器的接口同这个地址是匹配的，数据包将被从帧中取出，然后以太网类型字段将被检查以了解此数据包应该投递给网络层上的哪一个协议。

28、由于协议被判断为IP，于是IP将得到这个数据包。首先IP将对IP报头进行CRC校验，然后检查目的方的IP 地址。
说明：IP并没有像数据链路层那样使用完整的CRC校验，它只检查报头的错误。
由于IP目的地址与路由器的各个接口的IP地址并不匹配，路由器将会查看路由表，以了解是否存在一个通往172.16.10.0的路由。如果不存在，该数据包将被丢弃（这是一个令许多管理员困惑的点，当ping失败时，许多人认为这个数据包没有到达目的主机。但是我们在这里所看到的，事情并不总是这样。上面所造成这一现象的原因，仅仅是由于远端路由器缺乏返回源方主机网络的路由并将数据包丢弃！数据包被丢弃在返回源方的途中，并不是丢弃在它前往目的主机的过程中）。

说明：有一点需要提示以下，当数据包在返回原主机的途中被丢弃时，由于这是一个未知的错误，通常你将会看到“request timed out”的信息。如果出现错误是一个已知的，如假设在去往目的设备的路途中路由表内没有可用的路由，你将会得到“destination unreachable”的信息。根据这些信息，你可以判断问题是发生在去往目的的路上，还是在返回的途中。

29、这里路由器知道到达网络172.16.10.0的发式，这一输出的接口时E0，于是数据包将被交换到接口E0上。

30、路由器检查ARP缓存，确定172.16.10.2的硬件地址是否已经被解析。

31、由于在将数据包传送到主机B的过程中，172.16.10.2的硬件地址已经被缓存起来了，因此，这一硬件地址和数据包将被传递到数据链路层。

32、数据链路层会使用这个目的方的硬件地址和源方的硬件地址，然后将IP放入以太网类型字段中，并对这个帧进行CRC运算，将此运算结果放入RCS字段中。

33、这个帧然后被传送到物理层，以一次一位的方式发送到本地网络。

 

五、主机A

 

34、目的方的主机A将接收到这个帧，运行CRC算法，检验目的方的硬件地址，并查看以太网类型字段的内容以确定谁来处理这个帧。

35、由于IP是被指定的接收者，随后这个数据包将被传送给网络层的IP协议，它将检查包的协议字段中的内容以确定进一步的操作。IP将发现要将此有效负荷交给ICMP处理，接着ICMP将会确定此数据包是一个ICMP的应答回复包。

36、ICMP将通过发送一个惊叹号（！）到用户接口来表明它已经接收到一个回复。这之后，ICMP将尝试继续发送四个应答请求到目的方的主机。

 

说明：需要牢记的一个重要问题是，当主机A发送数据包到主机B时，所使用的目的方硬件地址是默认网关的以太网接口。这里因为数据帧是不可以被直接发往远程网络的，它只有首先发往本地网络，而且去往远程网络的数据包必须要通过默认网关转发。