计算机网络note_路由器组成

1、通用路由器体系架构

路由：运行路由选择算法/协议（RIP,OSPF,BGP），生成路由表；

转发：根据路由表进行分组的转发，选择从输入到输出的链路；

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2、输入端口

2.1、输入端口的功能

• 物理层：bit级的接收，将物理信号转化为0/1的数字信号；
• 数据链路层：对比特流的数据解封装；
  • 判断帧头帧尾，CRC校验；
  • 判断帧中的MAC地址和路由器的MAC是否一致，要不要接收；
  • 取出IP数据报交给网络层；
• 网络层：排队，根据IP数据报头部的信息，在路由表中查找合适的输出端口进行转发；
  • 基于目标的转发：仅依赖于IP数据报的IP地址（传统方法）；
  • 通用转发：基于头部字段的任意集合进行转发；

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2.2、输入端口缓存

当交换机构转发的速率小于输入端口的汇集速率时，在输入端口需要排队；

出现上述情况的就是Head of the Line（HOL）blocking：由于输出端口竞争，排在队头的数据报被阻塞了，同时也阻止了队列中其他数据报向前移动；

当排队逐渐变长，排队延时也逐渐增大，还可能出现缓存溢出，数据报丢失；

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3、交换机构

功能：将分组从输入缓冲区传输到合适的输出端口；

交换速率：N个输入端口，交换机构的交换速率是输入线路速率的N倍以上；

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3.1、通过内存交换（memory）

第一代路由器：

• 采用通用计算机实现，在CPU直接控制下交换；
• 分组被拷贝到系统内存，CPU从分组头部提取出目标地址，查找转发表，找到对应的输出端口，拷贝到输出端口；
• 转发速率被计算机的内存带宽限制，而且要两次通过system bus;
• 一次只能转发一个分组；

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 3.2、通过总线交换（bus）

• 数据报发送到共享总线，由对应的输出端取出数据报；
• 总线竞争：交换速率受限于总线带宽；
• 一次只能转发一个分组；

Cisco 1900：1Gbps bus；    Cisco 5600：32Gbps bus；   

对于接入网或企业级路由器，速度足够，但不适合于区域或骨干网络； 

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 3.3、通过互联网络的交换（crossbar等）

• 多处理器：Banyan榕树网络，crossbar纵横和其他互联网络等；
• 可同时并发转发多个分组，克服总线带宽的限制；（比如：短接AY交点和BZ交点）
• 高级设计：将数据报分片为固定长度的信元，通过交换网络来交换；

Cisco12000:60Gbps

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4、输出端口 

4.1、为什么需要输出缓存？

当多个输入端口 通过 交换机构 向同一个输出端口转发数据，数据报从交换机构到达的速率 大于 输出速率，就需要输出缓存；

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4.2、调度规则_如何选择下一个要传输的分组

FIFO：

•  传输：按照分组到来的先后次序，选择下一个要传输的分组；
•  丢弃策略：丢弃刚到达的分组、优先权低的分组、随机丢弃；

优先级 ：

• 传输：选择优先级最高的分组传输；优先级相同按FIFO；

                 优先级依赖于某些字段，比如IP source/dest，port等；

                若高优先级队列一直有数据要传输，低优先级是得不到传输的；

Round Robin（RR）：

•  传输：分类，循环输出A、B、C的分组；

                A、B、C三类队列得到运行的概率是平均的；

Weighted Fair Queuing（WFQ）：（改进Round Robin）

• 传输：分类，按照权重循环输出A、B、C的分组；

                每个类在每个循环中有不同的权重，比如A是50%，B是30%，C是20%；

                那么在一次循环中，服务A队列的时间是50%，服务B......