当路由器转发数据包时，它会经历一系列步骤，包括接收数据包、路由表查询、以及转发数据包。以下是详细的步骤描述：

1. 接收数据包

1. 以太网帧到达端口：当一个以太网帧到达路由器的某个网络接口（端口）时，该端口的网卡接收到这个帧。

2. 检查帧完整性：路由器会检查以太网帧的完整性，确保没有发生传输错误（通过帧校验序列（FCS）检查）。

3. 提取数据包：如果帧完整性检查通过，路由器从以太网帧中提取出数据包（通常是一个 IP 包）。

2. 路由表查询

1. 检查目标 IP 地址：路由器查看 IP 包的目标 IP 地址，并根据这个地址在它的路由表中查找下一跳信息。

2. 路由表查询：路由器查找路由表，以确定如何将数据包发送到目标地址。这包括：

   • 匹配最长前缀：路由器查找与目标 IP 地址匹配的最长前缀条目。
   • 获取下一跳信息：找到匹配的路由条目后，提取下一跳的 IP 地址和出接口信息。

3. ARP 查询（如果需要）：如果下一跳是一个特定的 IP 地址，路由器需要将其转换为物理地址（MAC 地址）。如果 ARP 缓存中没有该地址的条目，路由器会发送一个 ARP 请求，等待下一跳设备的 ARP 响应。

3. 转发数据包

1. 封装新的以太网帧：根据下一跳的 MAC 地址和路由器出接口的信息，路由器重新封装一个新的以太网帧。这个帧包括：

   • 目的 MAC 地址：下一跳设备的 MAC 地址。
   • 源 MAC 地址：路由器出接口的 MAC 地址。
   • 上层数据：原始的 IP 包。

2. 发送以太网帧：路由器通过确定的出接口将新的以太网帧发送出去。

详细示例

假设有以下网络环境：

• 路由器 R，有两个接口：eth0（IP：192.168.1.1，MAC：00:11:22:33:44:55），eth1（IP：192.168.2.1，MAC：00:11:22:33:44:66）。
• PC1 在网络 192.168.1.0/24 上，IP：192.168.1.2，MAC：AA:BB:CC:DD:EE:01。
• PC2 在网络 192.168.2.0/24 上，IP：192.168.2.2，MAC：AA:BB:CC:DD:EE:02。

当 PC1 向 PC2 发送数据包时，具体过程如下：

1. PC1 发送数据包：

   • PC1 封装一个以太网帧，源 MAC 地址为 PC1 的 MAC 地址，目的 MAC 地址为路由器 eth0 的 MAC 地址。
   • 以太网帧到达路由器 eth0 接口。

2. 路由器接收帧：

   • 路由器 eth0 接口接收以太网帧，检查 FCS，提取 IP 包。

3. 路由器查询路由表：

   • 路由器检查 IP 包的目标地址 192.168.2.2。
   • 路由器在其路由表中查找匹配的路由条目，发现下一跳是直接连接到 eth1 的 192.168.2.0/24 网络。

4. ARP 查询（如果需要）：

   • 如果路由器的 ARP 缓存中没有 192.168.2.2 的 MAC 地址，它会发送 ARP 请求，等待 PC2 响应。
   • 收到 ARP 响应后，路由器将 192.168.2.2 的 MAC 地址添加到 ARP 缓存中。

5. 封装新的以太网帧：

   • 路由器封装一个新的以太网帧：
     • 目的 MAC 地址为 PC2 的 MAC 地址（AA:BB:CC:DD:EE:02）。
     • 源 MAC 地址为路由器 eth1 接口的 MAC 地址（00:11:22:33:44:66）。
     • 包含原始的 IP 包。

6. 发送以太网帧：

   • 路由器通过 eth1 接口将新的以太网帧发送到 192.168.2.0/24 网络。
   • PC2 接收到以太网帧，提取 IP 包，并进行处理。

通过上述步骤，路由器可以成功地将数据包从 PC1 转发到 PC2。