计算机网络：网络层 —— IP数据报的发送和转发过程

IP数据报的发送和转发过程

IP 数据报的发送和转发过程包含以下两个过程：

1. 主机发送IP数据报
2. 路由器转发IP数据报

• 直接交付：源主机与目的主机在同一网络中
• 间接交付：源主机与目的主机不在同一网络中，需要借助路由器转发数据报。

源主机通过比较与目的主机的网络前缀是否相同，可判断出目的主机是否与自己在同一个网络中

主机发送IP数据报

1. 确定目的网络：

   • 主机（例如主机C）想要发送数据到另一个主机（例如主机F），首先会确定目的主机 F 的IP地址。

   • 主机C 将自己的 IP 地址和子网掩码进行与运算，得到自己所在网络的网络地址。

   • 接着，主机C 将目的 主机F 的 IP 地址与自己的子网掩码进行与运算，得到目的网络地址。

   • 如果目的网络地址与主机C的网络地址相同，说明两者在同一网络中，可以直接通信；如果不同，则需要通过路由器进行转发。

2. 指定默认网关：

   • 如果目的主机 F 与主机 C 不在同一网络中，主机 C 需要将 IP 数据报发送给路由器（默认网关，为同一网络中的各主机指定的一个路由器）进行转发。

   • 默认网关是用户或网络管理员配置的一个路由器接口，用于帮助主机 C 将 IP 数据报转发到其他网络。

路由器转发IP数据报

1. 接收报文：

   • 路由器首先接收从 主机C 发送过来的 IP 数据报。

   • 检查收到的 IP 数据报是否正确，生存时间是否结束，首部是否误码

   • 若不正确，则丢弃该 IP 数据报，并向发送该 IP 数据报的源主机发送 ICMP 差错报告。

2. 解析目标IP地址：

   • 路由器检查 IP 数据报头部的目标 IP 地址，确定数据报应该被转发到哪个网络。

   • 若找到匹配的路由条目，则按该路由条目的指示进行转发，否则丢弃该 IP 数据报，并向发送该 IP 数据报的源主机发送 ICMP 差错报告。

   • 路由器不转发广播IP数据报，即路由器隔离广播域。如果因特网中数量巨大的路由器收到广播 IP 数据报后都进行转发，则会造成巨大的广播风暴，严重浪费因特网资源。

![[解析目标IP地址.png]]

3. 查找最佳匹配路径：

   • 路由器在其路由表中查找与目标 IP 地址匹配的路由条目。

   • 路由表可能包含静态路由（由管理员手动配置）和动态路由（由路由器通过路由协议自动获取）。

4. 确定下一跳路由器：

   • 根据路由表的信息，路由器确定 IP 数据报应该被转发给哪个下一跳路由器。

   • 这个决定通常基于最佳匹配的原则，即选择能够最有效地将数据报送达目标网络的路由器。

5. 转发报文：一旦确定了下一跳路由器，路由器就将 IP 数据报发送到相应的接口，以便下一跳路由器可以继续处理这个数据报。

6. 更新报文头部（可选）：在转发报文之前，路由器可能会更新报文头部中的 TTL（生存时间）字段，并重新计算报文头部的校验和。

7. 发送报文：最后，路由器将 IP 数据报发送给下一跳路由器，或者直接发送到目标网络中的主机。

示例

根据题目要求，以下是详细解答：

(1) 设备1、设备2和设备3分别应选择什么类型网络设备？

• 设备1：交换机（无VLAN功能）
• 设备2：路由器
• 设备3：交换机（无VLAN功能）

(2) 设备1、设备2 和 设备3 中，哪几个设备的接口需要配置 IP 地址？并为对应的接口配置正确的 IP 地址。

• 设备1：不需要配置IP地址。
• 设备2：
  • IF1: 192.168.1.54/30
  • IF2: 192.168.1.65/26
• 设备3：不需要配置IP地址。

(3) 若主机 H3 发送一个目的地址为 192.168.1.127 的 IP 数据报，网络中哪几个主机会收到该数据报？

首先，我们需要确定 192.168.1.127 是否在同一个子网内。主机 H3 的子网掩码是 /26，即前 26 位是网络部分，后 6 位是主机部分。

• 主机 H3 的 IP 地址：192.168.1.66/26
• 目标地址：192.168.1.127

计算目标地址的网络部分：

192.168.1.127
& 255.255.255.192
-----------------
192.168.1.120

因此，目标地址 192.168.1.127 不在同一子网内（192.168.1.64/26）。

所以，只有主机 H3 会收到该数据报，其他主机不会收到。