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Avviene quando il computer di destinazione di un pacchetto IP si trova sulla stessa rete locale del mittente. Il software di rete IP posto sul computer mittente non deve eseguire alcun instradamento, ma ottenere direttamente l'indirizzo hardware a 48 bit del destinatario usando il protocollo ARP (Address Resolution Protocol, Protocollo di Risoluzione degli Indirizzi). Dopo aver eseguito questo protocollo, i computer mittente e destinatario dispongono dei rispettivi indirizzi a 48 bit e possono comunicare tra loro inviando i pacchetti IP all'interno di frame Ethernet sulla rete locale. La figura seguente rappresenta il caso di una rete IP monosegmento con 3 computer: A, B e C. Ogni computer contiene una scheda di rete Ethernet, a cui e' associato un indirizzo IP. La comunicazione fra A e B usa l'instradamento diretto:
Quando il computer A spedisce un pacchetto IP a B, il pacchetto IP viaggia all'interno di un frame Ethernet; l'intestazione del pacchetto IP contiene l'indirizzo IP di A come indirizzo IP sorgente, e l'intestazione del frame Ethernet contiene l'indirizzo Ethernet a 48 bit di A come indirizzo Ethernet sorgente. Analogamente, l'intestazione IP contiene l'indirizzo IP di B come indirizzo IP di destinazione e l'intestazione del frame Ethernet contiene l'indirizzo Ethernet di B come indirizzo Ethernet di destinazione.
Quando il modulo IP di B riceve il pacchetto IP da A, confronta l'indirizzo IP di destinazione con il suo, quindi passa il datagramma al protocollo di livello superiore. Si noti che, in questo caso, IP aggiunge ben poco al servizio offerto da Ethernet, pur consumando cicli di CPU e banda di rete per generare, trasmettere e controllare l'intestazione IP.
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