IP包通过的接力简析
IP包的传输要通过路由器的接力。每一个主机和路由中都存有一个路由表(routing table)。路由表根据目的地的IP地址,规定了等待发送的IP包所应该走的路线。就好像下图的路标,如果地址是“东京”,那么请转左;如果地址是“悉尼”,那么请向右。
A real world routing table
比如我们从主机145.17生成发送到146.21的IP包:铺开信纸,写好信的开头(剩下数据部分可以是TCP包,可以是UDP包,也可以是任意乱写的字,我们暂时不关心),注明目的地IP地址(199.165.146.21)和发出地IP地址(199.165.145.17)。主机145.17随后参照自己的routing table,里面有三行记录:
145.17 routing table (Genmask为子网掩码,Iface用于说明使用哪个网卡接口)
Destination Gateway Genmask Iface
199.165.145.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth0
0.0.0.0 199.165.145.17 0.0.0.0 eth0
这里有两行记录。
第一行表示,如果IP目的地是199.165.145.0这个网络的主机,那么只需要自己在eth0上的网卡直接传送(“本地社区”:直接送达),不需要前往router(Gateway 0.0.0.0 = “本地送信”)。
第二行表示所有不符合第一行的IP目的地,都应该送往Gateway 199.165.145.17,也就是中间router接入在eth0的网卡IP地址(邮局在eth0的分支)。
我们的IP包目的地为199.165.146.21,不符合第一行,所以按照第二行,发送到中间的router。主机145.17会将IP包放入帧的payload,并在帧的头部写上199.165.145.17对应的MAC地址,这样,就可以按照小喇叭中的方法在局域网中传送了。
中间的router在收到IP包之后(实际上是收到以太协议的帧,然后从帧中的payload读取IP包),提取目的地IP地址,然后对照自己的routing table:
Destination Gateway Genmask Iface
199.165.145.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth0
199.165.146.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth1
0.0.0.0 199.165.146.8 0.0.0.0 eth1
从前两行我们看到,由于router横跨eth0和eth1两个网络,它可以直接通过eth0和eth1上的网卡直接传送IP包。
第三行表示,如果是前面两行之外的IP地址,则需要通过eth1,送往199.165.146.8(右边的router)。
我们的目的地符合第二行,所以将IP放入一个新的帧中,
在帧的头部写上199.165.146.21的MAC地址,直接发往主机146.21。
(在下,可以使用$route -n来查看routing table)
IP包可以进一步接力,到达更远的主机。IP包从主机出发,根据沿途路由器的routing table指导,在router间接力。IP包最终到达某个router,这个router与目标主机位于一个局域网中,可以直接建立连接层的通信。最后,IP包被送到目标主机。这样一个过程叫做routing(我们就叫IP包接力好了,路由这个词实在是混合了太多的意思)。
整个过程中,IP包不断被主机和路由封装入帧(信封)并拆开,然后借助连接层,在局域网的各个NIC之间传送帧。整个过程中,我们的IP包的内容保持完整,没有发生变化。最终的效果是一个IP包从一个主机传送到另一个主机。利用IP包,我们不需要去操心底层(比如连接层)发生了什么。