本文中十二個步驟可以完成IP路由選擇的全部過程，再復雜的網絡，也只是中間多了幾個節(jié)點，多重復了幾個步驟而已。網絡管理員了解了這個IP路由選擇的過程，那么在日后網絡故障的排查中，會更加的得心應手。
如下圖，現(xiàn)在這么一個網絡。主機甲與主機乙分別在兩個不同的網段上，中間通過路由器進行連接。現(xiàn)在假設主機甲要跟主機乙進行通信，那么主機甲如何才能夠找到主機乙的位置呢?
假設現(xiàn)在主機甲的用戶利用Ping命令，來確認主機乙的連通性問題。這個網絡架構雖然比較簡單，但是其路由選擇過程的步驟則是一步不缺的。主要通過如下步驟：
第一步：當用戶在主機甲上輸入PING 172.168.80.8之后，主機甲中有一個因特網控制報文協(xié)議，英文簡稱為ICMP。這個協(xié)議將創(chuàng)建一個回應請求數(shù)據包，在它的數(shù)據域中只包含有字母。
第二步：因特網控制報文協(xié)議會將這個有效負荷(即剛創(chuàng)建的數(shù)據包)交給因特網協(xié)議(英文簡稱IP)。然后這個因特網協(xié)議也會創(chuàng)建一個數(shù)據包。在這個英特網協(xié)議創(chuàng)建的數(shù)據包中，所包含的內容要比因特網控制報文協(xié)議所創(chuàng)建的數(shù)據包豐富的多。在這個包中包括主機甲的IP地址、目的地主機已的IP地址以及值為01h的協(xié)議字段。當數(shù)據包到達主機乙時，這些內容就是告訴對方，應該將這個有效負荷交給因特網控制報文協(xié)議來處理。
第三步：IP協(xié)議會判斷目的IP地址是屬于遠程網絡，還是在本地網絡。由于根據IP地址規(guī)劃規(guī)則，主機甲與主機乙是屬于不同的網絡。此時，剛才英特網協(xié)議(IP)所創(chuàng)建的數(shù)據包將會被發(fā)送到默認的網關中去。在主機甲的網絡屬性配置中，除了有自身的邏輯IP地址，還有默認的網關地址。網關地址就是用來不同網絡之間的主機進行通信的一扇門。只有通過網關，主機甲的數(shù)據包才能夠被發(fā)送到不同網絡的主機乙中。
第四步：確認路由器相應接口的MAC地址。假設主機甲(IP地址為172.168.60.6)的默認網關被配置為172.168.60.1。若主機甲的數(shù)據包要發(fā)送到這個默認網關上，則就必須知道其對應的路由器接口的物理地址，即MAC地址。因為只有如此，數(shù)據包才能夠被傳遞到更下一層的數(shù)據鏈路層并根據一定的規(guī)則生成幀。然后主機甲才能夠把數(shù)據包發(fā)送給172.168.60.0網絡連接的路由器接口。在本地局域網上，主機只可以通過硬件地址來相互之間進行通信。所以當主機甲要把數(shù)據包發(fā)送給特定的網關時，必須要知道這個網關所對應的MAC地址。這一個過程是不可避免的。為了達到這個目的，主機甲首先會檢查自己的ARP緩存，查看一個默認網關的IP地址是否已經解析為對應接口的硬件地址。如果在ARP緩存表中已經有對應的記錄，表示已經被成功解析。此時，數(shù)據包將會被釋放并傳遞到數(shù)據鏈路層并生成幀。其中目的方的硬件地址也將同數(shù)據包一起下傳到數(shù)據鏈路層。通常情況下，在主機甲上，可以通過ARP命令來查看主機當前的IP地址與MAC地址的對應表。如下圖。我的電腦所設置的默認網關為10.250.197.126，后面的16位字符就是默認網關所對應的硬件地址。
第五步：生成幀。當這個數(shù)據包和目的方的硬件地址被傳遞給數(shù)據鏈路層之后，局域網驅動器將用來提供媒體訪問服務，以通過以太網進行數(shù)據傳輸。一個數(shù)據幀即將產生，使用一些控制信息來封裝這個數(shù)據包。在這個數(shù)據幀中會包含有目的方和源方的硬件地址。以及以太網類型字段。這個以太網類型字段主要用來描述的是交付這個數(shù)據包島數(shù)據鏈路層的網絡層協(xié)議。在這個幀的結尾，是一種被稱作為幀校驗序列的字段，它是裝載循環(huán)冗余校驗計算值的區(qū)域。也就是說，在這個幀中，主要包括目的MAC地址(對應路由器接口的MAC地址)、源MAC地址(主機甲的MAC地址)、以太網類型字段、數(shù)據包、幀校驗序列五部分內容。注意，這里指的目的地址并不是主機乙的地址，而是里主機甲最近的默認網關地址。在第一次通信時，主機甲并不知道主機乙的MAC地址。一旦完成幀的封裝，則這個幀將會被交付到物理層。如果企業(yè)網絡是利用雙絞線組建的話，則將會以一次一位的方式發(fā)往物理媒體。
以上五個步驟主要都是在主機甲上完成。這五個步驟執(zhí)行完畢之后，IP路由選擇過過程的前期工作就算完成了。接下來的就要看路由器的表演了。
第六步：在主機甲所在的沖突域中的每臺網絡設備都將接收這些位并重新合并成數(shù)據幀。接收完畢后，他們會運行CRC過程并核對保存在幀校驗序列字段中的內容。如果這兩個值不匹配的話，則這個幀將會被丟棄。如果兩個值相同(主機甲的默認網關，即緊鄰主機甲的路由器接口)，則網絡設備會接收這個幀，并核查目的方的硬件地址，檢查他們是否也匹配。如果目的方的硬件地址也是匹配的，那么路由器將會查看這個幀的以太網類型字段，以了解在網絡層上采用了什么協(xié)議，然后路由器就會抽出幀中的數(shù)據包，把其余部分內容丟棄。然后把抽出來的數(shù)據包傳送給以太網類型字段中列出的上層協(xié)議，如英特網網絡協(xié)議(IP)等等。
第七步：判斷路由表項目。英特網網絡協(xié)議(IP)會接收這個數(shù)據包，并檢查目的IP地址。在這個案例中，由于數(shù)據包中的目的地址與接收路由器所配置的任何地址都不相匹配。此時，路由器就會在自己的路由表中，查看目的IP網絡的地址。在這個案例中，由于路由器同時連接著172.16.80.0的網絡。所以在這個路由器的路由表中，有相關的紀錄。若沒有記錄的話，則這個數(shù)據包會被直接丟棄。若路由器丟棄數(shù)據包的話，則會發(fā)送一個"目標地址不可達"的錯誤信息給主機甲。
第八步：路由器轉發(fā)數(shù)據包。如果路由器的確在他的路由表中找到了相應網絡的記錄，則數(shù)據包就會被轉發(fā)到輸出接口。在本例中，就是主機乙所連接的接口。路由器會將這個數(shù)據包交換到對應接口的緩沖區(qū)內。
第九步：緩沖區(qū)中數(shù)據的處理。路由器對應接口的緩沖區(qū)需要了解目的方主機的硬件地址。因為這個數(shù)據包中已經有目的方的IP地址，所以，路由器會先檢查ARP緩存表。如果主機甲的硬件地址已經被解析并保存在路由器的ARP緩沖中，則這個數(shù)據包和這個硬件地址將被傳遞到數(shù)據鏈路層以便重新生成幀。通常情況下，若路由器以前跟主機乙通信過的話，則這個IP地址與MAC地址的對應記錄將會在思科路由器ARP緩沖表中保存四個小時。連續(xù)四個小時沒有通信的話，則這個對應的記錄將會被刪除。如果在路由器的ARP緩沖表中沒有相關記錄的話，則路由器接口會在其連接的網絡內部，發(fā)送一個ARP請求。這個ARP請求就像一個廣播，我現(xiàn)在需要知道IP地址為172.12.80.8的MAC地址。此時。其他網絡設備發(fā)現(xiàn)自己不是這個IP地址，就會拋棄這個包。而主機乙發(fā)現(xiàn)有人在問自己的MAC地址，就會進行響應。告訴路由器，我的IP地址就是這個，我的MAC地址是多少。路由器知道目的主機乙的MAC地址之后，就會把數(shù)據包連同目的方的MAC地址傳遞到下一層的數(shù)據鏈路中。
第十步：路由器會重復上面的第五步操作，生成數(shù)據幀。并傳送到物理層，以一次一位的方式再發(fā)送到物理媒體上。在網絡中進行傳輸。
在路由器上的工作也完成。通過以上的分析，我們可以看到，路由器的作用主要就是進行數(shù)據交換。把其收到的數(shù)據包根據一定的規(guī)則轉發(fā)到另一個可達的接口上。路由器就好像是一個十字路口，各個數(shù)據包都根據自己所需要到達的目的地，現(xiàn)在合適的出口。
第十一步：主機乙會接收到這個數(shù)據幀并運行CRC過程。如果運算結果與幀校驗序列中字段的內容相同，則這個幀中目的方的MAC地址將會被讀取。主機乙會判斷這個MAC地址是否跟自己的MAC地址相同。若相同的話，則會抽取其中的數(shù)據包，并根據以太網字段類型中指定的協(xié)議，把數(shù)據包傳遞給相應的協(xié)議處理。由于這個案例中，數(shù)據包中是一個回應請求。主機乙就會把這個數(shù)據包交給ICMP協(xié)議處理。ICMP協(xié)議會應答這個請求，同時把這個數(shù)據包丟棄并迅速生成一個新的有效負荷來作為回應應答。然后主機乙會利用同樣的過程把數(shù)據包以及目的MAC地址(路由器對應接口的物理地址)傳遞到下一層，讓其生成幀。在數(shù)據幀上，會帶有目的MAC地址、源MAC地址、數(shù)據包、以太網字段類型、幀校驗序列字段等內容發(fā)送到下一層。然后再一位位的傳送到物理媒體。
第十二步：路由器再重復第六步到第十步的過程，把數(shù)據包從一個接口交換傳遞到另一個接口中。然后主機甲就收到一個回應信息，表示到主機乙的道路是通的。
以上這個十二個步驟就完成了IP路由選擇的全部過程。再復雜的網絡，也只是中間多了幾個節(jié)點，多重復了幾個步驟而已。網絡管理員了解了這個IP路由選擇的過程，那么在日后網絡故障的排查中，會更加的得心應手。
關鍵詞標簽：IP路由
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