网络层-分组转发

网络层-分组转发

分组转发过程

以下使用的仿真软件为思科的PacketTracer，下载时需要登录。

网络拓扑图

如上图有6个网络，分别为172.17.0.0，172.16.0.0，172.18.0.0，192.168.1.0，192.168.2.0，192.168.13.0

路由表内容

路由器A：

路由器B：

路由器C：

交换机的MAC表

交换机1

交换机0

场景模拟：

场景1： PC2给PC4发送数据

1. 主机PC2发送数据到交换机1 链路层MAC地址为： 源 (0006.2AD5.B396) >> 目的(0001.c936.C302)
2. 主机PC2 在路由表中无法找到对应匹配条目，所以将默认网关设置为下一跳。
3. 交换机1查找MAC表，将数据从端口3转发到路由器A。网络层IP地址为： 源 (192.168.1.3) >> 目的(192.168.2.1)
4. 路由器A 在路由表找到通往目的IP地址(192.168.2.1)的路由条目。下一跳为 172.17.0.1，无法到达目的网络，无法直接交付，需要从端口2转发出去，到达路由器C。
5. 路由器C 在路由表找到通往目的IP地址(192.168.2.1)的路由条目。目的网络是直连网络。设备将下―跳设置为目的地址。直接从端口2转发出去，到达主机PC4
6. 主机PC4 解析该数据包的目的IP地址与设备的IP地址或广播地址相匹配。设备将数据包解封装。
7. 主机PC4 返回一个应答报文，目的IP为 192.168.1.3。该设备将默认网关设置为下一跳。

场景2： PC2给PC0发送数据

1. 主机PC2发送数据到交换机1 链路层MAC地址为： 源 (0006.2AD5.B396) >> 目的(0001.c936.C302)
2. 主机PC2 在路由表中无法找到对应匹配条目，所以将默认网关设置为下一跳。
3. 交换机1查找MAC表，将数据从端口3转发到路由器A。网络层IP地址为： 源 (192.168.1.3) >> 目的(192.168.3.2)
4. 路由器A 在路由表找到通往目的IP地址(192.168.3.2)的路由条目。下一跳为 172.18.0.1，无法到达目的网络，无法直接交付，需要从端口0转发出去，到达路由器B。
5. 路由器B 在路由表找到通往目的IP地址(192.168.3.2)的路由条目。目的网络是直连网络。设备将下―跳设置为目的地址。直接从端口0转发出去，到达主机PC0
6. 主机PC0 解析该数据包的目的IP地址与设备的IP地址或广播地址相匹配。设备将数据包解封装。
7. 主机PC0 返回一个应答报文，目的IP为 192.168.1.3。该设备将默认网关设置为下一跳。

问题

1、两个直连的主机设备在不同的网络中是是否可以直接通信？

如上图：三台主机通过链路层设备交换机直接相连，PC11和PC5在同一个网络（192.168.0.0）中，PC22中另一个网络（192.168.0.248）中，但是细心的同学会发现，两个网络的IP地址范围中有重复的。网络是（192.168.0.248）是包含在网络（192.168.0.0）的中的。下面来进行三个场景模拟：

场景1：PC5给PC22发送数据

发送失败，发送ICMP数据时没有MAC地址，所以需要能打过ARP协议获取目的MAC地址，但是ARP数据包发送失败，原因是因为目的主机接收到ARP数据帧时，检测到源IP地址与目的IP地址不在同一网络中，ARP进程直接丢弃该数据帧。所以ICMP数据包超时失败

目的IP地址： 192.168.0.253/24

目的网络掩码：255.255.255.248

目的地址范围: 192.168.0.248 ~ 192.168.0.255

源IP地址：192.168.0.1 （明显不在目的网络的IP地址范围内）

场景2：PC11给PC22发送数据

数据发送成功，在PC22看来源IP在自己的网络IP地址范围内，所以认为是同一个网络中的设备，可以直接交付。

目的IP地址： 192.168.0.253/24

目的网络掩码：255.255.255.248

目的地址范围: 192.168.0.248 ~ 192.168.0.255

源IP地址：192.168.0.254 （在目的网络的IP地址范围内）

场景3：PC22给PC5发送数据

• 结果1：失败： 目的IP地址不在同一个子网内，且默认网关没有设置，数据包直接被丢弃，都没有从主机中发出

• 结果2：成功： 直接将目的IP设置为默认网关，这样PC22就会将数据发送给默认网关，再由默认网关进行转发(实际情况是默认网关即为目的主机，可以直接处理PC22主机的请求)。这样就可以获取到了目的主机的MAC地址，进而成功发送ICMP数据包。

总结：

在不经过网络层设备时，两个主机发送数据需要双方都认为对方与自己处于同一网络（子网）中，这样才可以正常发送数据。但是因为主机是有网络层功能的，可以通过设置默认网关为目的主机的IP，这样就可以通过默认网关(其实也可以理解为使用网关来代替了路由器的功能)来进行转发数据包，从而实现通信。

2、路由器不同端口网络号重复会怎样？

**结果：无法配置，端口0：192.168.0.1/24 ，端口1： 192.168.0.253/30 这两个IP计算后的网络号虽然不同，但是网段内的IP地址范围有重叠，所以别说是不同端口的网络号相同，就是不同网络中的IP地址范围有重复都是无法成功设置的 **。

3、一个路由器下怎么配置多个子网？

从上面的分组转发过程和路由器不同端口网络号重复会怎样？可以知道，路由器通过不同端口来区分不同的子网，然后通过RIP协议或者手动设置等方式完善路由表，从而让路由器达到实现不同网段的路由转发功能的基础条件。