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网络层：数据平面

sky1water 2023-03-28 原文

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大话时间到

路由器，不就是按照ip地址分发封装好TCP/UDP报文段的数据，

十万个为什么

按照目的地还是下一个路由器？——大概目的地+下一个路由器

网络层概述

  • 网络层分为应用平面、控制平面和数据平面，
    数据平面按照ip地址控制数据的转发，
    控制平面控制路由器数据的转发，如指定各路由器转发表，调整转发速率，改变连接状态，
    应用平面接受控制提供的接口，输入命令
  • 转发——路由内输入端到输出端的传输动作，路由选择——源到目的地址路径经过路由器的选择
  • 网络服务模型功能:交付（确保+最小时延+有序）+保证最小带宽+安全性

路由器工作原理

  1. 路由器基本结构:控制组件+（输入端口，交换结构，输出端口）
  2. 基于目的地转发——最长前缀匹配规则编码链路
  3. 交换——内存式，总线式（每一时刻只能转发一个输入端口），纵横式（最多转发min{Inport，Outport}个端口）
  4. 输出端口处理——
  5. 排队
  • 输入端：HOL：输入表项对应输出端口空闲，但因为前一表项排队而被阻塞，
  • 输出端：到达新分组快于\(R_{switch}=Rline\),必须丢弃到达的或已经存在的，有分组调度算法
  1. 分组调度
  • 先进先出——对确定输出端口，按照到达该端口时刻确定顺序
  • 非抢占优先权排队——当前输入调度完后，按优先权决定首先输出分组，组内按先进先出
  • 抢占式优先权排队——只要到达一个优先权更高的，存下当前输入，先执行高优先权
  • 循环排队——不同分组轮流执行先进先出确定的首项，
  • 加权平均调度——每个分组分别占用\(\frac {wi}{\sum_{i=1}^{n}wi}\)带宽

ip数据报格式

  • 选项=选项码（复制+选项类+选项号）+选项长度（<62-20-3=39）+选项数据(ip从源到目的经过的ip地址)(记录经过的路由+经过的时间戳)

ipv4数据报分片

  • 从源地址到目的地址的报文，标识表明该数据报在此次传输的位次，标志表明是否为此次传输终止数据报，片内偏移给出分片在统一标识数据报文内位置

ipv4数据报编码

  • 按照最大前缀确定子网掩码，如222.45.1.0/24属于所有以224.45.1开头的子网
  • 子网进一步合成聚合地址，

主机地址的动态主机配置协议——网络管理员配置永久ip、通过访问当前子网或者附近子网的DHCP获得暂时ip

网络地址转换——NAT，所有家庭子网对路由外部都是10.0.0.0/24

ipv6

  • 报文格式：
    |版本|流量类型(服务类型)|流标签(对某些数据报给出更高优先权，用于负载均衡等)|
    |有效载荷长度(上层数据大小)|下一个首部(上层协议类型)|跳限制(寿命)|
    |源地址|
    |目的地址|
    |数据|

通用转发和SDN

  • 第二层交换机(??)和第三层路由器和为交换路由器，生成转发表
  • 第三层多功能：NAT（转发表)，负载均衡(每条链路负载均衡)，防火墙（禁止某些前缀的数据报）
  • 匹配（链路层+网络层+传输层）+动作（转发+丢弃+修改）
    习题小结：
  • 匹配时选择最长的匹配前缀，前缀可以互相包含
  • ip地址、端口未说明则顺序分配
  • 控制平面负责源到目的地路径的网络范围处理
网络层网络linoopener先出求职面试

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