IP Forwarding
IP 转发
IP 转发解决的是一个很具体的问题：设备拿到一个 IP 数据报后，下一跳应该发到哪里。主机发送前要判断目的主机是否在本网络；路由器收到数据报后要查路由表，决定输出接口和下一跳。
直接交付与间接交付
若目的 IP 与源主机在同一网络，主机直接把数据报封装成链路层帧发给目的主机，这叫直接交付。判断方法是：源主机用自己的子网掩码分别与源 IP、目的 IP 相与，若得到相同网络地址，就认为目的主机在本网络。
若目的 IP 不在本网络，主机不能直接把帧发给目的主机，而是先发给默认网关或下一跳路由器，这叫间接交付。后续由路由器继续逐跳转发。
广播 IP 数据报只在本网络内有效，路由器不会把它转发到其他网络。
路由器侧判断的是“目的网络应从哪个接口转发”。路由器收到一个首部正确、TTL 还未耗尽的 IP 数据报后，才查路由表并选择下一跳。
路由表项
路由器根据路由表转发 IP 数据报。典型路由表项包含：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| 目的网络 | 本路由项覆盖的目标地址范围 |
| 地址掩码或前缀长度 | 用于判断目的 IP 是否属于该范围 |
| 下一跳 | 下一台路由器的 IP 地址；直连网络可为空或指向本接口 |
| 转发接口 | 数据报应从哪个接口发出 |
常见路由项包括：
- 直连路由：路由器接口配置 IP 地址和掩码后自动得到。
- 非直连路由：到非直连网络，需要指定下一跳。
- 默认路由：
0.0.0.0/0，用于没有更具体匹配项时。 - 特定主机路由：
/32，只匹配某一个主机，匹配优先级很高。
静态配置默认路由和特定主机路由时要特别注意下一跳是否可达、是否会形成环路。默认路由可以显著减少路由表项，但配置错误时也会把大量未知目的地址送向错误方向。
最长前缀匹配
路由表中可能有多条路由都匹配同一个目的 IP。此时选择前缀最长的路由，因为它表示的地址范围最小、最具体。
默认路由 /0 能匹配所有地址，但只有在没有更具体路由时才使用。
IP 地址和 MAC 地址的变化
跨网络转发时，IP 数据报的源 IP 和目的 IP 是主机到主机语义，通常在整个路径中保持不变。
每经过一段链路，链路层帧都要重新封装，因此源 MAC 和目的 MAC 会逐跳变化。
这也解释了为什么不能只用 MAC 地址完成互联网通信。MAC 地址只适合在一段链路或局域网内寻址；互联网规模太大，路由器需要按网络前缀聚合路由，不能为全世界每个接口维护一条 MAC 级路由。
转发动作
路由器收到 IP 数据报后，典型处理顺序是：
- 检查首部是否正确，TTL 是否还有效。
- TTL 减 1，并重新计算 IPv4 首部检验和。
- 用目的 IP 查路由表，按最长前缀匹配选择路由项。
- 确定输出接口和下一跳 IP。
- 通过 ARP 等机制获得下一跳 MAC 地址。
- 重新封装链路层帧并发送。
若查不到匹配路由，路由器丢弃该数据报，并通常向源主机返回 ICMP 差错报告。