数据帧转发过程中IP地址及MAC地址的变化

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MAC地址：为了进行数据传输，MAC地址不改变无法进行正常的分组转发算法，数据无法流通。

IP地址：为了确认目标主机，如果IP地址改变则目的主机改变无法进行正常通信。

如何获取目的MAC地址？

1、帧经过交换机时，其源、目标MAC是不会变的（数据帧在交换机之间转发）；

原因：交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

这种情况只需要坚持一个原则，数据帧在交换机之间转发不更改源MAC地址和目标MAC地址；

就好比主机A和主机B通过若干个交换机相连（并没有路由器在中间），那么此时的MAC地址是什么？源MAC地址自然是主机A的网卡所对应的MAC地址，目标MAC地址则是主机B的网卡所对应的MAC地址；

数据帧在交换机之间转发

2、帧经过路由器时，进行路由转发，IP地址不会变的，但MAC地址一定会变（数据帧在路由器之间转发）；

路由转发过程：

当主机A发向主机B的数据流在网络层封装成IP数据包，IP数据包的首部包含了源地址和⽬标地址。主机A会⽤本机配置的24位IP网络掩码255.255.255.0与目标地址进⾏与运算，得出⽬标网络地址与本机的⽹络地址是不是在同⼀个⽹段中。如果不是将IP数据包转发到网关。

在发往⽹关前主机A还会通过ARP的请求获得默认⽹关的MAC地址。在主机A数据链路层IP数据包封装成以太网数据帧，然后才发住到网关……也就是路由器上的⼀个端⼝。

当网关路由器接收到以太网数据帧时，发现数据帧中的目标MAC地址是自己的某⼀个端⼝的物理地址，这时路由器会把以太网数据帧的封装去掉。路由器认为这个IP数据包是要通过自己进行转发，接着它就在匹配路由表。匹配到路由项后，它就将包发往下⼀条地址。

路由器转发数据包就是这样，所以它始终是不会改IP地址的。只会改MAC。

当有数据包传到路由器时，路由器首先将其的目的地址与路由表进⾏对⽐，如果是本地⽹络，将不会进⾏转发到外⽹络，⽽是直接转发给本地⽹内的目标主机；但是如果目标地址经路由表对比，发现不在本⽹中，nat就将改变源地址的IP（原源地址的Ip地址改为了路由器的IP地址），路由器将数据包转发到相应的端⼝，进⾏通信。

例如路由器A，B，C，D相连，那么源地址就是（IP-x：MAC-x），目的地址就是（IP-y：MAC-y）。

当A——>B时，源IP地址还是IP-x，目的IP地址还是IP-y，源MAC地址和目标MAC地址则是A，B相连的两个接口（MAC-a2，MAC-b1）。

当B——>C时，源IP地址还是IP-x，目的IP地址还是IP-y，源MAC地址和目标MAC地址则是B，C相连的两个接口（MAC-b2，MAC-c1）。

当C——>D时，源IP地址还是IP-x，目的IP地址还是IP-y，源MAC地址和目标MAC地址则是C，D相连的两个接口（MAC-c2，MAC-d1）。

3、数据帧在主机之间进行转发

（1）两个主机在同一个子网（网段），也就是说不经过路由器转发。

源IP、目标IP、源MAC、目标MAC都不会改变。

（2）两个主机在不同的网段，二者之间通信需要经过路由器的转发。

源IP地址会改变，目标IP地址不会改变，MAC地址会改变；

假如主机A访问主机D，中间经过路由B和C。

当A——>B时，源IP地址还是IP-a，目的IP地址还是IP-d，源MAC地址和目标MAC地址则是（MAC-a，MAC-b1）。

当B——>C时，因为不在子网范围内，NAT将内部IP地址转换为外部公用IP地址，此时NAT会把源IP地址转换为网关的UP地址，也就是说源IP地址是IP-b1，目的IP地址还是IP-d，源MAC地址和目标MAC地址则是（MAC-b2，MAC-c1）。

当C——>D时，源IP地址还是IP-b1，目的IP地址还是IP-d，源MAC地址和目标MAC地址则是（MAC-c2，MAC-d1）。

简单来说就是在主机把数据帧发送给网关路由器时（就是通过这个路由器可以把数据发到别的网段），将源IP地址变成这个网关路由器的IP地址，同时源IP地址仅仅变化一次，此后的路由器之间转发和路由器转发给主机D的过程中，IP地址将不在变化。

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来到题目加深下印象

在如图所示的网络拓扑中，已知：

HA1和HA2分别是主机H1和主机H2的硬件地址；IP1和IP2分别是各自的IP地址；HA3~HA6分别是路由器个端口的硬件地址；IP3~IP6分别是路由器个端口的IP地址。

其中IP1和IP3是私有地址，其他IP地址是公网地址，H1和H2通信，通信路径：H1→经过R1转发→R2转发→H2。

请填写表1.

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此文系转发，原文中有个不正确的地方，就是路由器B在转发给路由器C时，源IP变成路由器IP-b1。这里要纠正为，转发过程中源IP和目标IP是一直不变的，变化的是MAC地址。