通信网络三层转发工作原理及案例
三层转发就是通过路由器的在不同时间的转发。它一般工作在tcp/ip网络模型的第三层。 三层转发可以很复杂，也可以很简单。今天我们就来讲讲网络层的定义和 三层转发的基本原理。
1.网络层的定义 网络层（network layer ）：它位于osi模型中的第三层，介于运输层与数据链路层之间，提供发信端到目标端之间的信息传输服务。网络层的数据以ip数据报的形式传输。
2.ip协议 ip提供了不可靠，无连接的数据报传送服务。它定义了在互联网上传输数据的具体格式。ip实现两个基本功能：寻址及分片。
ip地址由网络号和主机号两部分组成，网络号标识互联网中的一个特定网络，主机号标识在该网络中的一台特定主机，最常用的地址表示方法是点分十进制法。如：192.168.10.1关于ip协议的具体讲解见《tcp/ip 基础学习》
3.arp arp，即地址解析协议，实现通过ip地址到物理地址的映射。
在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的mac地址，而在tcp/ip协议栈中网络层和传输层只关心目标主机的ip地址。
这就导致在以太网中使用ip协议时，数据链路层的以太网协议接到上层ip协议提供的数据中，只包含目的主机的ip地址。于是需要一种方法，根据目的主机的ip地址，获得其mac地址。这就是arp协议要做的事情。（关于arp的具体知识，见《tcp/ip 基础学习》）
4.基本转发的概念 在数据通信网络中，设备之间的通信基本上是根据tcp/ip协议，在ip网络中运行的特定功能的设备，都可以称之为端系统，pc是一种最常见的端系统，网络中路由器、交换机就是用来互联不同的端系统，让它们进行透明的通信。
三层转发基本原理 之前我们学习了二层转发，知道二层转发是一种基于osi中的数据链路层的数据帧的存储转发技术，二层交换是依靠mac地址和vid号来确定转发方向的。那么，三层转发和二层转发有什么区别呢？
1.数据转发依靠的关键字不同，二层转发主要依靠mac地址，而三层转发主要依靠ip地址。
2.数据交换的范围不同，二层交换指在同一网段内的通信，三层交换指跨网段的通信。
3.在三层转发的过程中，还要进行二层的封装。也就是说，在转发过程中二层帧头中的（源、目的）mac地址是要改变的。但是ip数据报中的源ip和目的ip地址是不会改变的
5.ip路由表 路由是ip层转发的依据，路由包括
•目的网络/前缀长度
•下一跳地址ip路由表
•出接口
•……
查看路由表的命令
•show ip route
show fib
路根据路由产生的方式分
1.直连路由–本地接口ip网段对应的路由，优先级最高
2.静态路由-手工配置的路由，优先级较高
3.动态路由-各种路由协议产生的路由优先级有高有低由匹配
匹配原则－－最长路径匹配原则
6.三层转发举例
pc1准备向pc2发送数据包
（1） pc1检查报文的目的ip地址，发现和自己不在同一网段，则需要进行三层转发，通过网关转发报文信息；
（2） pc1检查自己的arp表，发现网关的mac地址不在自己的arp表里；
pc1向router发起arp请求
（3） pc1——》router（网关）发出arp请求报文；
（4） router将pc1的mac地址学习到自己的arp表，
（5） router（网关）——》pc1发出arp应答报文；
（6） pc1学习到router（网关）的mac地址，发出报文，此时源ip、目的ip不变，目的mac为router（网关）的mac
（7） pc1——》 router（网关）发出报文。
（8） router（网关）收到报文，发现是三层报文（原因是报文的目的mac是自己的mac）
（9） router（网关）检查自己的路由表（fib），发现目的ip在自己的直连网段
（10）router检查自己的arp表，如果发现有与目的ip对应的mac地址则直接封装报文（目的ip、源ip不变，目的mac为查arp表所得mac）发送给pc2
（11） 如果查arp表没有得到与目的ip对应mac，则重复（3）发arp请求
（12） pc2收到arp广播报文，发现目的ip是自己的ip，于是给router发送arp应答报文。报文中会附上自己的mac地址。
（13） router收到应答报文后，目的mac改为pc2的mac，然后向pc2发送数据帧。
（15） router收到报文后，向pc1转发报文
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2.ip协议 ip提供了不可靠，无连接的数据报传送服务。它定义了在互联网上传输数据的具体格式。ip实现两个基本功能：寻址及分片。
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3.arp arp，即地址解析协议，实现通过ip地址到物理地址的映射。
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3.在三层转发的过程中，还要进行二层的封装。也就是说，在转发过程中二层帧头中的（源、目的）mac地址是要改变的。但是ip数据报中的源ip和目的ip地址是不会改变的
5.ip路由表 路由是ip层转发的依据，路由包括
•目的网络/前缀长度
•下一跳地址ip路由表
•出接口
•……
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（3） pc1——》router（网关）发出arp请求报文；
（4） router将pc1的mac地址学习到自己的arp表，
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