當主機通信的目的地是直接相連的主機（例如點到點鏈接）或共享網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)），IP數(shù)據(jù)報直接發(fā)送到目的地，不需要或者不適用路由器。否則，主機將數(shù)據(jù)報發(fā)送到一臺路由器，由該路由器將數(shù)據(jù)報交付到目的地，這個過程可能要經(jīng)過多個路由。這就是IP轉(zhuǎn)發(fā)。

大多數(shù)主機既可配置為路由器，也可配置為主機。主機與路由器的處理IP數(shù)據(jù)報的區(qū)別在于：主機不轉(zhuǎn)發(fā)那些不是由它生成的數(shù)據(jù)報，路由器會這樣做。在整個IP轉(zhuǎn)發(fā)方案中，IP協(xié)議可接收一個數(shù)據(jù)報，它可來自同一主機上的其他協(xié)議（TCP、UDP等），也可來自一個網(wǎng)絡(luò)接口。IP層包括一些位于內(nèi)存中的信息，通常稱為路由表或轉(zhuǎn)發(fā)表，每次轉(zhuǎn)發(fā)一個數(shù)據(jù)報時需要從中查找信息。當一個網(wǎng)絡(luò)接口接收到一個數(shù)據(jù)報時，IP模塊首先檢查目的地址是否為自己的IP地址（與自己的某個網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)的IP地址），或是它可以接收其流量的一些其他地址，例如IP廣播或組播地址如果是的話，數(shù)據(jù)報交付給由IPv4頭部的協(xié)議字段或IPv6頭部的下一個頭部字段中指定的協(xié)議模塊（IP頭部內(nèi)容詳見→傳送門1: IP數(shù)據(jù)報，傳送門2: IPv6擴展頭部）。如果不是：(1) 如果IP層配置為一臺路由器，則作為輸出的數(shù)據(jù)報處理，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報；(2) 數(shù)據(jù)報被丟棄。在某些情況下，ICMP消息可能發(fā)送回源節(jié)點，以表明發(fā)生了一個錯誤。

轉(zhuǎn)發(fā)表

IP協(xié)議標準并沒有規(guī)定轉(zhuǎn)發(fā)表所需的精確數(shù)據(jù)，這個選擇工作留給IP協(xié)議的實現(xiàn)者。但IP轉(zhuǎn)發(fā)表通常需要包含幾個關(guān)鍵信息：

·目的地：一個32位IPv4地址字段或128位的IPv6字段，用于與一個掩碼操作結(jié)果相匹配。針對涵蓋所有目的地的“默認路由”的情況，目的地可以簡單地設(shè)為零；對于僅描述一個目的地的“主機路由”的情況，目的地可設(shè)為完整長度的IP地址。

·掩碼：一個32位IPv4字段或128位的IPv6字段，用作數(shù)據(jù)報目的IP地址按位與操作的掩碼。掩碼結(jié)果與轉(zhuǎn)發(fā)表條目中的多個目的地進行比較。

·下一跳：它是下一個IP實體（路由器或主機）的32位IPv4地址或128位IPv6地址，數(shù)據(jù)報將被轉(zhuǎn)發(fā)到該地址。下一跳實體通常在一個網(wǎng)絡(luò)中由執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)查找的系統(tǒng)所共享，這意味著它們共享同一網(wǎng)絡(luò)前綴。

·接口：接口包含一個由IP層使用的標識符，以確定將數(shù)據(jù)報發(fā)送到下一跳的網(wǎng)絡(luò)接口。例如802.11無線接口、有線的以太網(wǎng)接口或一個與串行端口的PPP接口。如果轉(zhuǎn)發(fā)IP系統(tǒng)也是IP數(shù)據(jù)報的發(fā)送方，該字段用于選擇輸出數(shù)據(jù)報的源IP地址。

目的地	掩碼	網(wǎng)關(guān)（下一跳）	接口
0.0.0.0	0.0.0.0	10.0.0.1	10.0.0.100
10.0.0.0	255.255.255.255	10.0.0.100	10.0.0.100

IP轉(zhuǎn)發(fā)逐跳進行，路由器和主機不包含到任何目的地的完整轉(zhuǎn)發(fā)路徑（除了那些直接連接主機或路由器的目的地）。IP轉(zhuǎn)發(fā)只提供數(shù)據(jù)報發(fā)送的下一跳實體的IP地址。它假設(shè)下一跳比當前“更接近”目的地，并且自己與下一跳實體之間沒有環(huán)路。路由協(xié)議有多種，例如RIP、OSPF、BGP和IS-IS。

轉(zhuǎn)發(fā)過程

當一臺主機或路由器中的IP層需要向下一跳的路由器或主機發(fā)送一個數(shù)據(jù)報時，它首先檢查數(shù)據(jù)報中的目的IP地址，在轉(zhuǎn)發(fā)表中使用該地址來執(zhí)行最長前綴匹配算法：對轉(zhuǎn)發(fā)表的每一個條目，將其中的掩碼m與目的地址D進行按位與操作，得到的結(jié)果與條目中的目的地字段d進行比較，若相等則滿足匹配條件。所有條目中選出最長前綴（掩碼m中設(shè)置1的位數(shù)最多）作為下一跳IP地址。如果在轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有發(fā)現(xiàn)匹配的條目，則這個數(shù)據(jù)報無法交付。

通常情況下，如果在本地出現(xiàn)無法交付的數(shù)據(jù)報，則向生成數(shù)據(jù)報的應用程序返回一個“主機不可達”錯誤。在一臺路由器上，ICMP消息通常返回給發(fā)送數(shù)據(jù)報的主機。

在某些情況下，可能有多個條目是匹配的（即1的位數(shù)一樣）。在這種情況下，協(xié)議標準沒有規(guī)定終端系統(tǒng)的具體行為，而是由具體操作系統(tǒng)的協(xié)議實現(xiàn)來決定。通常是簡單地選擇第一個匹配的結(jié)果。更復雜的系統(tǒng)可能嘗試在多個路由上平衡負載或拆分流量。

直接交付和間接交付

當所有系統(tǒng)使用相同的網(wǎng)絡(luò)前綴（例如處于同一以太網(wǎng)中），可以采用直接交付；另一種為間接交付。

直接交付不需要路由器，IP數(shù)據(jù)報封裝在一個鏈路層幀中，它可以直接識別數(shù)據(jù)來源或目的地。間接交付涉及路由器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到這臺路由器，并使用該路由器的鏈路層地址作為目的地址。直接交付中，路由器的IP地址沒有出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報中（除非路由器自己是源主機或目的主機，或者使用源路由時）。

在直接交付中，匹配路由條目中的網(wǎng)關(guān)（下一跳地址）包含發(fā)送主機的網(wǎng)絡(luò)接口（沒有涉及路由器），說明采用直接交付來發(fā)送數(shù)據(jù)報。這個數(shù)據(jù)報被封裝在一個低層幀中，并發(fā)送給目的主機。如果目的主機的低層地址未知，可能需要使用ARP協(xié)議（對于IPv4）或鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（對于IPv6）操作，以確定正確的低層地址。如果已經(jīng)知道該地址，數(shù)據(jù)報中的目的地址是目的主機的IP地址，并將其放入低層頭部的目的IP地址字段中。

在間接交付中，IP地址對應于前面的源主機和目的主機，但低層地址不對應。實際上，低層地址決定哪臺機器在每跳的基礎(chǔ)上接收包含數(shù)據(jù)報的幀。在使用源路由的情況下，路由器對數(shù)據(jù)報進行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT），以使它在Internet中可路由。對數(shù)據(jù)報進行NAT處理，目的是生成新的源地址以便轉(zhuǎn)發(fā)。

IP單播轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)鍵

·前面說到過默認路由的設(shè)置，實際上在Internet邊緣，大多數(shù)主機和路由器會使用一個對所有地址而不是而不是本地網(wǎng)絡(luò)中的目的地址的默認路由，這是因為只有一個借口可連接Internet的其他部分。

·在傳統(tǒng)的Internet中，數(shù)據(jù)報中的源IP地址和目的IP地址從不改變。除非是在使用源路由的情況下（間接交付中有提到），或沿著傳輸路徑遇到其他功能（例如NAT），否則情況永遠如此。

·不同的低層頭部用于每種鏈路上的尋址，低層的目的地址（如果存在）總是包含下一跳的低層地址。因此，當數(shù)據(jù)報沿著到目的地的每個跳步移動時，低層頭部經(jīng)常發(fā)生變化。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?本文部分內(nèi)容摘自《TCP/IP詳解：卷1（中文版）第2版》

總結(jié)

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