解读路由交换中的帧封装

交换功能是指路由器在一个接口接收数据包并将其从另一个接口转发出去的过程。交换功能的重要责任是将数据包封装成适用于传出数据链路的正确数据帧类型。

对于从一个网络传入，以另一个网络为目的地的数据包，路由器会进行哪些处理？路由器主要执行以下三个步骤：

1. 通过删除第 2 层帧头和帧尾来解封第 3 层数据包。

2. 检查 IP 数据包的目的 IP 地址以便从路由表中选择最佳路径。

3. 将第 3 层数据包封装成新的第 2 层帧，并将该帧从送出接口转发出去。

在第 3 层 IP 数据包从一台路由器转发到下一台路由器的过程中，除生存时间 (TTL) 字段发生变化外，该 IP 数据包的其它字段均保持不变。当路由器收到一个 IP 数据包时，它会将该数据包的 TTL 减一。如果减一后得到的 TTL 值为零，则路由器将丢弃该数据包。TTL 用于防止 IP 数据包由于路由环路或网络中其它异常状况而在网络上永无休止地传输。

由于 IP 数据包是解封自第 2 层帧并再次封装成新的第 2 层帧，所以数据链路目的地址和源地址将随数据包从一台路由器转发到下一台路由器而不断发生变化。第 2 层数据链路源地址代表出站接口的第 2 层地址。第 2 层目的地址代表下一跳路由器的第 2 层地址。如果下一跳是最终目的设备，则第 2 层目的地址将是该设备的第 2 层地址。

数据包很有可能会被封装成与收到时不同的另一种第 2 层帧。例如，路由器从快速以太网接口上收到封装为以太网帧格式的数据包，然后将其封装成 PPP 帧格式通过串行接口转发出去。

请记住，在数据包从源设备到最终目的设备的传输过程中，第 3 层 IP 地址始终不会发生变化。但是，随着每台路由器不断将数据包解封、然后又重新封装成新数据帧，该数据包的第 2 层数据链路地址在每一跳都会发生变化。

数据包从源到目的地的传输过程

步骤 1：PC1 需要向 PC2 发送一个数据包

PC1 将 IP 数据包封装成以太网帧，并将其目的 MAC 地址设为 R1 FastEthernet 0/0 接口的 MAC 地址。

PC1 是如何确定应该将数据包转发至 R1 而不是直接发往 PC2？这是因为 PC1 发现源 IP 地址和目的 IP 地址位于不同的网络上。

PC1 通过对自己的 IP 地址和子网掩码执行 AND 运算，从而了解自身所在的网络。同样，PC1 也对数据包的目的 IP 地址和自己的子网掩码执行 AND 运算。如果两次运算结果一致，则 PC1 知道目的 IP 地址处于本地网络中，无需将数据包转发到默认网关(路由器)。如果 AND 运算的结果是不同的网络地址，则 PC1 知道目的 IP 地址不在本地网络中，因而需要将数据包转发到默认网关(路由器)。

注：如果数据包目的 IP 地址与 PC1 子网掩码进行 AND 运算后，所得到的结果并非 PC1 计算得出的自己所在的网络地址，该结果也未必就是实际的远程网络地址。在 PC1 看来，只有当掩码和网络地址相同时，目的 IP 地址才属于本地网络。远程网络可能使用不同的掩码。如果目的 IP 地址经过运算后得到的网络地址不同于本地网络地址，则 PC1 无法知道实际的远程网络地址，它只知道该地址不在本地网络上。

PC1 如何确定默认网关(路由器 R1)的 MAC 地址？PC1 会在其 ARP 表中查找默认网关的 IP 地址及其关联的 MAC 地址。

如果该条目不存在于 ARP 表中会发生什么情况？PC1 会发出一个 ARP 请求，然后路由器 R1 作出 ARP 回复。