路由表和三层转发（ping过程）详解

1、路由表概述

       路由表的表项根据设备不同，可能是不同的。但是目的IP地址、网络掩码、网关、接口、标志这几项是必须存在的。例如跃点数metric，引用次数ref等在不同设备上可能不同。

1.1、表项理解的问题

诸如IP地址、网络掩码等很好理解，那么网关和接口表项使用来做什么的呢？

（1）      网关：是下一站路由器的IP地址

（2）      接口：是将数据报从哪个接口发出

        所以，网关是你要传到哪里，是另一个设备得IP地址。而接口是你要从哪里将数据报传输到网络上，是你的设备上的。

        所以，如果是本地计算机直接连接到的网络，网关通常是本地计算机对应的网络接口，此时接口必须和网关一致

          如果是远程网络或默认路由，网关通常是本地计算机所连接到的网络上的某个服务器或路由器。

       个人理解（一个接口对应一个IP地址。接口就相当一个门，连入网络的接口就如同建在街道上的房屋，需要一个门牌号（即IP地址）。所以路由器上的每一个接口都会有一个IP地址，除非是相同子网，相同子网只能有一个IP。可以理解为同一栋房屋的不同门，但是使用的是一个门牌号）

1.2、路由表有什么用？

        假如，你有一个数据报，想要传送个一个目的IP地址。查询路由表的目的就是，确定这个数据报从哪里传到网络上，又是传给网络上的哪个设备。

        简而言之，路由表的主要作用是供路由器或主机查找目标网络，进而确定转发接口及下一跳路由，完成数据包的转发功能。

        但是你获得了目的的IP地址，是不够的。因为这是第三层的东西，而实际传输时是以帧的形式传输的。（物理层的东西不需要讨论，这是个技术黑匣子。）那么我们就需要目的IP地址所对应的MAC地址。所以要查询ARP缓存，找不到的时候进行ARP请求广播。

1.3、路由表的选路

       现在已经有路由表了，并且也知道从路由表中去找要发送的数据报从哪里发送，又该发给谁。

但是怎样找到最合适的路由条目的呢？因为对于一个复杂的路由表来说，可能有很多条路指向我要发送的目的地址。

在Richard Stevens的著作《TCP/IP详解卷一：协议中》介绍到了选路原则。

搜索路由表，寻找与目的IP地址完全匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接相连的网络接口

搜索路由表，寻找与目的IP地址网络号匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接相连的网络接口

搜索路由表，寻找“默认（default）”表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器

OK*********************

       但是又没感觉哪里不对？太简单了对不对。

       对于一个路由表，可能有很多条和要发送的目的IP地址相同的条目，可能有很多条和要发送的目的IP地址网络号相同的条目。那么又怎样判断应该选择那一条呢？

为了解决这个问题，提出了更加复杂细致的选路原则

       先进行最长掩码匹配原则，满足后进行管理距离最小优先，依旧满足进行度量值最小优先

这三条原则分别对应

    最长掩码匹配：在网络上与目的IP地址最接近

    管理距离最小：在网络上优先级更高（通常是不同协议之间的）

    度量值最小：在网络上的开销最小（必须相同协议，不同协议的度量值参考不同，无法比较）

1.4、总结

 这样我们就知道了路由表里有什么？从路由表里能获得什么信息？怎样从路由表里筛选信息？

关于路由表的实例，可以看这篇文章http://blog.csdn.net/ghostly78/article/details/480706

2、三层转发

 三层转发是什么？简单来说就是通过路由器的在不同网段间的转发。工作在TCP/IP网络模型的第三层。

 三层转发可以很复杂，也可以很简单。

其实打开网页，进入百度的过程就是一个三层转发，因为这个过程肯定使用了路由器，并且肯定是进入了不同的网段。但是这个过程十分复杂，需要涉及多个路由器（少则十几，多则几十。），并且涉及到了路由器的另一大功能nat，即网络地址转换。

 当然也有简单的三层转发，可以使用能够配置VLAN的路由器，连接两台设备。这样数据报通过路由器，并且还设计到不同的网段（子网）。VALN和子网的关系另外再介绍

PC1（192.168.0.2）----------------(eth0（192.168.0.1） 路由器 eth1（192.168.1.1）)------------------PC2（192.168.1.2）

则过程

1、  PC1想要ping PC2。

2、  PC1上层已知PC2的IP地址，并将数据报配置完毕。但是需要查询路由表，确认路径

3、  通过查询PC1的路由表，通过路由表选路原则，从众多的路由条目中确认，必须从接口（192.168.0.2）发出，发送到网关（192.168.0.1）。

4、  然后必须知道网关的MAC地址（路由器的IP地址）。从ARP缓存中去查询，没有就发送ARP广播

5、  接口eht0获得广播报文，并将报文上传给路由器的CPU。路由器判断是在询问它的MAC地址，然后发送ARP应答报文，并将PC1的IP地址和MAC地址学习到路由器的ARP缓存中。（这里涉及到了另一个问题，路由器有ARP缓存么？嘿嘿，看下图。）

路由器会根据cef和arp的cache维护一个所谓的adjacency table 来提高转发时候的速度。

6、  有了路由器的MAC地址，然后PC1就可以向路由器发送ICMP回显请求报文了（目的IP地址还是PC2的IP地址。三层转发不会动IP数据报里的东西，只是改变以太网首部）

7、  路由器拿到这个数据报，解析后发现，通过查询FIB表（可以看做路由表的升级），发现原来在eth1口，所连的1网段内。然后确认了路径192.168.1.1 -- 192.168.1.2。

8、  有了路径，就去路由器的ARP表（可能是FIB表）中查询路径终端192.168.1.2对应的MAC地址，没有就发送ARP请求广播。这个过程与PC1的广播一样。

9、  获得了PC1的MAC地址，并学习到ARP缓存中。然后将目的MAC地址改为PC2的MAC地址，将源MAC地址改为路由器的MAC地址。

10、然后就发送给了PC2。PC2再发送ICMP应答报文。去查询路由表。。。。。。所有过程与ICMP请求到PC2的过程一样

路由器的几张表一直没搞太清楚。所以可能会有一些问题。附带两张图

上图为路由器中各表的关系图

上图为路由器内部转发图