Os roteadores formam uma malha de tipos. Cada um está conectado a vários outros (concebivelmente em uma rede local, mas tipicamente apenas uma conexão direta, talvez em uma longa distância como um cabo submarino ou um transportador T ou link de fibra), e cada um sabe a que está conectado. Cada roteador geralmente tem muitos endereços IP, um por link para outro roteador que possui.
Os roteadores geralmente executam protocolos de roteamento que lhes permitem descobrir com o que seus vizinhos (os roteadores aos quais estão diretamente conectados) estão conectados. Estes são IS-IS, BGP, EIGRP, RIP, OSPF, etc. Eles também podem acompanhar isso estaticamente; Os protocolos de roteamento são um dispositivo de economia de trabalho que permite que os administradores de rede automatizem a manutenção da tabela de roteamento em caso de alterações (seja intencional ou devido a uma falha). Assim, cada roteador está conectado a vários outros e sabe o que é mais ou menos. Esta informação pode ser permitida para filtrar através da Internet; Os roteadores também se informarão mutuamente sobre os vizinhos de seus vizinhos, de modo que é possível construir uma visão de tudo que pode ser alcançado em todas as direções (aproximadamente). Os roteadores também rastreiam o quão longe as coisas estão (quantos roteadores estão entre, e potencialmente quão rápido o caminho é), para facilitar a entrega eficiente de pacotes ao seu destino.
Alguns roteadores (por exemplo, seu gateway LAN ou alguns dos roteadores de seu ISP) possuem apenas algumas rotas: a LAN para a qual eles são o gateway, e geralmente uma rota padrão para o resto da Internet (na rede IPv4, é 0.0.0.0/0 ou a rota "padrão". Eles, portanto, sabem que os pacotes que vão para sua LAN vão em uma direção (fora da interface LAN), e os pacotes que vão para outro lugar vão em outra direção (fora da interface WAN).
Outros roteadores com mais links e mais redes em ambos os lados estendem esse conceito de alguma forma. Eles saberão quais prefixos (a parte do número da rede de um endereço IP, formalmente) estão em cada uma das várias direções e enviam pacotes ao longo dessa rota (daí seu nome). Eles transmitem o pacote um ao outro dessa maneira até chegar ao seu destino; Se isso for impossível, existem vários mecanismos para soltá-lo e mostrar que ele foi descartado.
Assim, o seu pacote chega ao seu ISP, possivelmente a partir do seu roteador LAN, que sabe em qual interface a Internet está e a envia dessa maneira. Cada roteador sucessivo verifica o endereço de destino e determina de qual rede ele faz parte e, portanto, a direção que ele segue de acordo com sua tabela de roteamento; ele saberá que os endereços que começam com um determinado número estão na "direção" de um outro ISP específico e o enviam dessa maneira (alterando as informações da camada 2 em cada salto para fazer isso, portanto o endereço MAC, por exemplo, mudará em cada salto). Eventualmente, ele alcança um roteador na mesma rede que o host que você está tentando acessar e chega a esse destino.
Cada uma dessas etapas do relé é chamada de hop. Você pode ver esse trabalho usando o utilitário traceroute ( tracert on windows), embora talvez não seja possível ver todos os saltos devido à ampla difusão do filtro ICMP.