局域网主机间发包细节

一直有一个疑问：局域网的主机之间是如何将数据包发出去的？求细节。

我目前的真实网络环境：

路由器（家用）的IP地址为192.168.1.1；

主机A地址192.168.1.100；

主机B地址192.168.1.102；

主机A的路由表：

主机A的arp表：

当主机A来ping主机B时，数据包是怎么发送到B的呢？

先说说我的理解：因为主机A与网络通信只有一条路径，所以数据包将会被转发给默认路由（192.168.1.1），然后由路由器将该包转发给主机B。具体是：A将数据包转发给路由器，路由器发送一个ARP广播查找主机B的MAC地址，得到MAC地址后，路由器通过链路层将数据发给主机B。（这里有一个ARP广播，我认为这个ARP广播应该由路由器发出，广播中的源地址（包括IP和MAC）地址都应该是路由器本身的，而不是主机A的。）

但抓包结果（见下图）来看，主机A应该是直接将数据包发给了主机B。这是因为，主机A发了一个ARP广播来寻找主机B的MAC地址，且得到了应答。（主机A所发的ARP广播中的源地址（包括IP和MAC）都是主机A本身的）。那么接下来，有了MAC地址后，主机A是怎么直接将数据发给主机B而没有通过路由器的呢？ A与B虽然是同一网络，但未直接相连啊。

上面第4个包，ARP的应答包，源MAC地址是主机B，目的MAC是主机A，这个包在链路层是直接由B发给A的呢，还是B发给路由器然后由路由器转发给A的呢？

总结一下，问题应该是：同一局域网中，在链路层，各主机之间是如何发送数据的？

从ping的结果看，局域网内主机是直接通信，未经过路由功能，因为ping数据包中的TTL值未改变。如下：

当用主机A来Ping一个外网地址时，如 ping 20.20.30.40

这时就容易理解了，比对了目的IP地址后，选择默认路由，该ICMP数据包（ping包）是通过默认路由（192.168.1.1）来转发出去的。抓包也未发现有ARP广播数据。

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回答：

路由器（非纯路由功能的），具有交换机的功能；局域网内主机间通信的时候，路由器被当做了交换机来使用。

交换机只工作在局域网内，不具有路由器的功能，只能实现数据包的转发，其解包只能解链路层协议，再往上层（IP层及以上）都不会被解析。

路由器工作在网络层，具有路由功能，解包只能解IP层协议（链路层解过之后才解的）。通常，路由器具有交换机的功能。（注意：纯路由功能的路由器不具有交换机的功能）。

家用路由器，忽略wan口以后就成了一个有4个lan口的交换机。事实上家用路由器由一个真路由器和一个交换机组成，路由器由两个端口，一个就是wan口，另一个藏在内部与交换机相连，交换机露出4个lan口。

路由器收到一个数据包后的处理过程

个人理解一:

对于（具有路由和交换功能的路由器）接收到的数据包，首先解链路层协议，根据其上层协议类型（由Type字段标识），决定将该数据包如何处理。

1）如果其上层协议不是IP协议，则这时路由器被当做交换机使用，根据该包的MAC地址将该包转发出去；

2）如果其上层协议是IP协议，则交由IP层解析（这时路由器又被当做路由器来使用了，使用其路由功能）。

a）如果该目的IP地址与源IP地址属于同一局域网内，这时该包将被直接通过交换机口转发出去（TTL不减1，不需要重新计算IP头部校验和，因此Ping局域网内机器时，TTL值与源端发送时设置的相同）；

b）如果不属于同一局域网，则查找路由表进行路由。

注意：上面的过程属于个人理解，未得到验证。另外，上述1）和2）a），描述了属于直接转发数据包到目的地址的情况，其判断是否也可以直接拿数据包中的目的MAC来与路由器中的ARP表项比对呢？如果匹配了一项，则直接转发；如果不匹配，则进行路由。

个人理解二：

对于一个收到的一个数据包，解析其链路层协议，如果链路层中的目的MAC与路由器的MAC不同，则直接转发（其中，包括广播和多播的情况，需要转发到交换机的多个接口）；如果链路层中的目的MAC就是路由器的MAC，则需要进行路由。

关于这两种理解，都是个人理解，未得到难。这应该属于路由器和交换机实现上的两种方式。这两种方案，都印证一点:局域网主机间通信时，路由器被当被交换机来使用，而未使用其路由功能，因为数据包的TTL值未改变，说明未经过路由。

在三层交换机（即路由器）上，VLAN之间的互通是通过实现一个虚拟VLAN接口来实现的，即针对每个VLAN，交换机内部维护了一个与该VLAN对应的接口，该接口对外是不可见的，是一个虚拟的接口，但该接口有所有物理接口所具有的特性，比如有MAC地址，可配置最大传输单元和传输的以太网帧类型等。在上述的说明中，我们提到了当交换机接收到一个数据帧时，判断是不是发给自己的，判断的依据便是查看该MAC地址是不是针对接收数据帧所在VLAN的接口MAC地址，如果是，则进行三层处理，若不是，则进行二层处理，按照上述流程进行转发。

（上面这段摘自： http://skyeagle.blog.51cto.com/417071/93338 ，理解二应该是现有的实现方案）

对于上面的问题：

局域网主机A发给主机B数据，

主机A发一个ARP广播到路由器，路由器解析到链路层协议，得到目的地址为全1的MAC地址，然后在每个内网网口（路由器的4个LAN口，相当于交换机的接口）上发一份数据。
主机B收到数据后，给出ARP应答。应答源MAC是B，目的MAC是A。将该应答包发给路由器，路由器收到数据后，同样解包并发给A。

可见，无论A与B直接通信，没有经过路由功能，因为ping的结果显示，TTL值未改变，说明未经过路由功能。

但无论如何，局域网内的主机通信是经过了路由器，只是这时路由器被当做了交换机来使用，而未使用其路由功能。

局域网内主机发送一个数据包时，

（注：局域网内不需要使用路由功能，此时路由器均是被当做交换机来使用的。路由器是运行在网络层的，其在链路层作为交换机来使用）

1）发送端（192.168.1.00）IP层先查看主机的IP地址，通过查找主机上的路由表，选择一条路由。

如上路由表，当ping 192.168.1.101时，选出的表项是红色标注的一条。目的网络是192.168.1.0，通过本地网口192.168.1.100发送出去，但Gateway是On-link。注意，On-link的意思是直接相连，不需要经过路由，可将数据包直接发送至目的地址。这时路由器将被当做交换机来使用。

2）由于可直接将数据包发送至目的地址，这时需要查找目的IP地址（192.168.1.101）对应的MAC地址。需要查找arp表。

如上arp表，未找到目的IP地址192.168.1.101对应的表项。于是主机发送一条ARP广播（链路层）。

3）这时路由器被当做交换机来使用，收到arp广播后，转发给交换机上的各个接口（LAN口）。

4）目的主机（192.168.1.101）回复一条ARP应答，发给路由器（当做交换机来使用），由路由器转发。

5）发送端得到了目标主机的MAC地址，将ICMP包（ping包）发送出去，同时更新自己的arp表，将目标主机的表项加入进去。加入之后

6）路由器（这时被当做交换机来使用）接收到发送端的ICMP包，并接其转发给目的主机。

注意：此时发送端已经更新了arp表项，这时如果再和目的主机192.168.1.101通信，就不需要再发送arp广播了。因为，通过arp表已经能够查到目的主机的MAC地址了。只有当通过arp表查不到MAC地址时，才需要链路层发送ARP广播。但如果一段时间内未与目标主机通信，那么路由表会再次将该表项清除。

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