二三层网络设备封装与解封装原理

1、寻址转发（寻址指的是寻找IP地址）

路由表放在一个公共的地方，比如主控板上，由主控板 的CPU运行路由协议，计算路由，生成和维护路由表。

转发表与路由表：

• 转发表是根据路由表生成的。路由表中可能包含到达目的地址的多条路由，但是转发表里面只取其中的最优路由。

2、报文的收发与解封装

2.1、报文的接受与发送（PIC接口卡处理）

数据在通信线缆上传输时还只是光/电信号（对应于物理层的比特流）。为了让路由器读懂这些信号，在路由器上插线缆的接口里边有一块物理接口卡——PIC（Physical Interface Controller）卡，能感知这些光/电信号，把信号转换成数据帧（比如以太帧、PPP帧、ATM信元）。

接口卡有两个重要的功能：

①就是完成上述的物理层功能，光/电信号的收、 发；

②进行数据帧的“合法性”检查。数据经过物理线路的传递 后，有可能发生畸变，变成错包，无法被包转发引擎PFE正确解析，因此在接口卡需要 进行一些必要的检查。

以太网标准中规定如下帧为无效帧：

• 帧的长度不是整数个字节；
• 用收到的帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）查出有错误；
• 收到的帧的负荷长度不在46~1500字节之间。

对于检查出的无效帧就简单的丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧。而这些检查，是在 接口卡上执行的。

 

1. 上行接口卡，PIC卡把光/电信号转换成数据帧，并检查“合法性”之后，把数据帧的内容（不包含帧间隙、前导码、帧开始界定符和FCS）发送给包转发引擎PFE。
2. 数据包经过PFE转发，经过交换网板交换，从下行接口发送时，下行的对应位置也有接口卡。
3. 下行接口卡的作用是，用待发送的数据帧内容计算帧检验序列FCS，然后对数据帧加封装帧间隙、前导码、帧开始界定符和FCS，并将数据帧转换成光/电信号，再发送到出接口线路上。

2.2、报文解析

包转发引擎PFE（Packet forwarding engine）从PIC卡收到报文时，PFE首先做的就是解析报文的二层帧头，并根据 配置做一些检查和处理。

如果入接口属性表对应的转发状态与报文解析后的协议不匹配，则报文会被 丢弃。比如某接口并未使能IPv6，则属性表的IPv6转发能力为”未使能“，如果收到的 报文是IPv6报文，则报文会被丢弃。

2.3、报文封装

举例以太网封装：由主机PC-A向主机PC-B发送IP报文，那么该报文的目的IP地址就是PC-B的IP地址，源 IP地址就是主机PC-A的IP地址，目标MAC地址就是其网关路由器Port1的MAC地址，源 MAC地址就是PC-A的MAC地址。

 

路由器转发过程：

1. 路由器收到这个报文，发现其目的MAC为本机Port1端口的，表明需要本机来进行 进一步解析（如果目的MAC不是本机，表明直接进行二层转发，不需要再解析帧 的其他内容了）；

2. 路由器进一步解析报文，得知帧所承载的协议类型为IPv4（协议类型值 =0x800），即需要进行IPv4转发；

3. 查转发表（FIB表），得知该报文并不是发给自己的，而是需要送往出端口Port2， 因此，路由器不再继续分析IP头后面的内容。

4. 路由器将目的MAC更换成PC-B的MAC，将源MAC更换成出接口Port2的MAC，并 将报文发给PIC卡，PIC卡将报文从Port2发送出去。

在上述过程中，将报文原来的源/目的MAC更换成新值的过程，称为“封装”；往报文 里添加新的字段，也称为“封装”。需要被封装到待发送报文的信息称为“封装信 息”。

2.4、出接口处理

同上行，封装完成后，数据帧送往下行接口卡之前，也要根据出口属性表做出口检查 和处理。例如，检查报文长度是否超出接口的MTU值，如果超出则进行分片或其他处 理。