计算机网络（十一）——导论与路由器工作原理

核心内容

1. 路由器的工作原理

1. 网络层的概述

（1）功能结构
网络层用于提供主机与主机之间的逻辑通信，源主机网络层接收来自运输层的报文段，将其封装为一个数据报并向相邻的路由器发送数据报。接收方的网络层接收来自相邻路由器的数据报，提取出报文段交付给运输层。为此需要提供转发和路由选择两个功能。网络层能够被划分为两个相互作用的部分，数据部分和路由部分：

• 数据部分的主要作用：转发，即分组从输入链路接口转发到合适的输出链路接口。
• 控制部分的主要作用：路由选择，即决定从源主机到目的主机，分组所采用的路由或路径。

每台网络路由器中都有一个转发表。路由器通过使用分组的首部目的地址在转发表中索引，来转发分组。那转发表是如何进行初始配置的呢？

• 传统方法：由路由选择算法决定插入转发表的内容。
  ①路由选择算法运行在每台路由器上。
  ②每台路由器都包括转发和路由选择两种功能。
  ③每台路由器都有与其他路由器进行通信的路由选择组件。
  

• SDN方法：由远程控制器计算和分发转发表以供每台路由器使用。
  ①控制平面路由选择功能与路由器分离。
  ②路由器仅执行转发，由远程控制器计算和分发转发表。
  ③远程控制器实现在具有高可靠性和冗余的远程数据中心中。
  

在传统方法中，路由器兼具转发和路由选择两种功能，由路由选择算法更新路由表。在SDN方法中，路由器仅执行转发功能，路由选择在远程控制器执行，远程控制器计算和分发路由表。

（2）网络服务模型
网络服务模型定义了分组在发送与接收端系统之间的端到端运输特性。
因特网的网络层提供了单一的服务，称为尽力而为服务。（也就是不提供任何服务）

2. 路由器的工作原理

网络层具有转发和路由选择功能。在传统方法中，路由器能实现转发和路由选择两个功能。在SDN方法中，路由器仅实现转发功能。所以我们接下来就去了解路由器的组成结构，以及功能实现的细节。

2.1 路由器的组成

一台路由器由四个部分组成：

• 输入端口：最重要的是执行查找功能，通过查询转发表选择输出端口。
• 交换结构：连接输入端口与输出端口。
• 路由选择处理器：执行控制平面功能。
  ①传统的路由器，执行路由选择协议，维护路由选择表与关联链路状态讯息，并计算路由转发表。
  ②SDN路由器中，负责与远程控制器通信，接收转发表项，并在输入端口安装这些表项。
• 输出端口：存储从交换结构接收的分组，并执行链路层和物理层的功能发送分组。

其中，路由器的输入端口、交换结构、输