2 题型 - 网络层转发

描述：路由器根据目的 IP 地址查转发表，若多条路由同时匹配，选择网络前缀最长的条目。IP 分组跨越不同链路时，源/目的 IP 通常保持不变，链路层源/目的 MAC 每跳重写；若经过 NAT，IP 地址还会按转换表修改。

2.1 路由器转发步骤

1. 检查 IPv4 首部并将 TTL 减 1；若 TTL 变为 0，则丢弃，通常向源主机发送 ICMP 时间超过报文（教材补充：目的为广播/多播、非首片分片或原报文本身是 ICMP 差错等情形，不再发送 ICMP 差错）。
2. 用目的 IP 地址与各路由条目的掩码按位与，判断该目的是否匹配条目前缀。
3. 在所有匹配项中选择最长前缀匹配。
4. 若路由指向下一跳，解析下一跳的链路层地址；若为直连路由，解析目的主机的链路层地址。
5. 用出接口重新封装链路层帧并发送；IPv4 首部因 TTL 改变而需更新首部校验和。

默认路由 0.0.0.0/0 匹配任何目的地址，但前缀长度为 0，只有没有更具体路由时才使用。

2.2 IP 与 MAC 地址如何变化

在没有 NAT/NAPT 的普通路由转发中：

因此：

• 主机向异网目的发送时，首跳以太网帧的目的 MAC 是默认网关接口的 MAC，不是远端主机的 MAC。
• 远端主机收到最后一跳帧时，源 MAC 是最后一跳路由器出接口的 MAC，不是原始发送主机的 MAC。

2.3 历年真题

2.3.1 2015 年：最长前缀匹配

路由表为：

目的地址 169.96.40.5 同时落在 /23、/25、/27 三个范围中。最长前缀是 /27，覆盖 169.96.40.0-169.96.40.31，因此选择接口 S3。

答案：C，S3。

2.3.2 2018 年：跨路由器的 MAC 地址

H1=192.168.3.2，H2=192.168.4.2，两者通过路由器 R 相连。R 左接口 MAC 为：

00-1a-2b-3c-4d-51

R 右接口 MAC 为：

00-a1-b2-c3-d4-61

H1 与 H2 不同网段：

• H1 发出的首跳帧交给默认网关，目的 MAC 是 R 左接口 00-1a-2b-3c-4d-51。
• R 从右接口转发给 H2，H2 收到的帧的源 MAC 是 R 右接口 00-a1-b2-c3-d4-61。

答案：D。

2.3.3 2023 年：/30 链路上的 NAT 公网地址

R1 与执行 NAT 的 R2 通过 195.123.0.34/30 所在点到点链路相连，H 的私有地址为 192.168.0.3。

195.123.0.34/30 所在地址块是：

网络地址：195.123.0.32
可用地址：195.123.0.33、195.123.0.34
广播地址：195.123.0.35

R1 已使用 .34，所以 R2 的公网接口只能是 195.123.0.33。H 发往 Internet 的分组经 R2 转发后，NAT 将私有源地址换为 R2 公网地址：

源 IP = 195.123.0.33

不能选择 R2 的内网地址 192.168.0.1，因为私有地址不能在公网中直接路由。

答案：A，195.123.0.33。

2.4 路由类型

最长前缀匹配比较的是前缀长度，不是路由表中的书写顺序，也不是下一跳 IP 的数值大小。

2.5 易错点

• 多条路由匹配时选掩码最长、前缀最具体的条目，不能“从上到下遇到第一条就停”。
• 默认路由一定匹配，但优先级最低。
• 跨网段首跳的目的 MAC 是默认网关；最终主机收到帧的源 MAC 是最后一跳路由器。
• 普通转发中端到端 IP 地址不变，MAC 地址逐跳改变；经过 NAT 时 IP 地址可能改变。
• /30 地址块只有两个可用接口地址，网络地址和广播地址不能分配。

相关知识

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2.6 本节复盘

• 路由器查表使用最长前缀匹配；169.96.40.5 在 2015 年题中选择 /27 的 S3。
• 没有 NAT 时源/目的 IP 端到端保持不变，源/目的 MAC 每条链路重新封装。
• 主机向异网发送时把帧交给默认网关；远端收到的帧来自最后一跳路由器接口。
• 本题的源 NAT 把内网私有源地址换为 R2 的公网接口地址 195.123.0.33；教材补充：一般 NAT 也可能使用地址池中的其他公网地址，不能把“必用出接口地址”当成通则。