计算机网络精炼笔记（三）网络层——数据平面

计算机网络精炼笔记（三）网络层——数据平面

一、概述

• IP层所提供的服务：在TCP/IP的架构下，在主机和主机之间传送TCP段/UDP数据报。
• 转发：将分组从路由器的输入接口转发到合适的输出接口（是一个局部的功能，属于数据平面）
• 路由：使用路由算法来决定分组从发送主机到目标接收主机的路径（是一个全局的功能，属于控制平面）
• 数据平面：决定从路由器输入端口到达的分组如何转发到输出端口
• 控制平面：决定数据报如何在路由器之间路由，决定数据报从源到目标主机之间的端到端路径
• 路由表连接起数据平面和控制平面

• 传统方式(路由器中实现数据平面)：两个平面紧耦合，分布式地做路由

• 缺点：不灵活
  

• SDN方式(远程服务器中实现数据平面，集中式)

• CA(控制代理)上报状况

• 控制器计算流表

• 分组交换设备将流表进行装载，对到来的分组进行多字段的匹配，按照匹配的结果对分组进行各种动作(转发/block/泛洪/改变字段)

• 通过改变控制器可以更加灵活地实现各种行为逻辑，可编程
  

• 网络服务模型
  

网络层和传输层连接服务区别:

• 网络层: 在2个主机之间，涉及到路径上的一些路由器
• 传输层: 在2个进程之间，很可能只体现在端系统上(TCP连接)
• IP网路不具有连接建立的功能

二、 路由器组成

1、路由器的结构和功能概述

• 传统路由器
  

• 输入端口功能
  

• 为什么输入可能要排队？因为输出端口可能存在竞争、可能发生HOL blocking
  

• 缓冲区大小的经验公式
  

2、三种交换方式(重点)

• 通过内存交换

• 要经过两次总线，转发速率收到内存带宽的限制
  

• 通过总线交换
  

• 通过crossbar的交换
  

3、调度

• 调度: 选择下一个要通过链路传输的分组
• 更多调度详见PPT
  

三、IP: Internet Protocol

• IP协议主要实现数据平面的转发功能

1、数据报格式

2、分片

• 为什么要分片
  body 太大，超过了MTU(最大传输单元)
  
  如何分片？
• ID相同属于同一数据报
• fragflag = 0 表示最后一个
• offset以8个字节为单位
  

3、NAT：Network Address Translation（重点）

• NAT的不足
  

4、IPV6（重点）

• 隧道技术：IPV6封装在IPV4中，到达之后再解封装
  

四、IP地址

1、子网，IP地址分类，特殊的IP地址

• 32位标示，对主机或者路由器的接口编址（并不是用来标识主机的）
• 主机可以有多个IP地址
  
• 子网：IP地址前缀相同。
• 无需路由器介入，子网内各主机可以在物理上相互直接到达(通过交换机)
  

下图有六个子网

• 小数量大规模，已经分配完了
• 大数量小规模，例如C类地址是我们经常获取的
• A, B, C 单播地址，D类多播地址
• 广播一般发生在计算机局域网内部
• 路由一般按照子网进行计算，以网络进行计算，而不是单个的IP地址
  
  - 特殊的IP地址（重要）

2、CIDR

• CIDR: C类地址的主机数量少，不能满足某些要求，怎么办？
• 这样host数量就不是固定的8位二进制数量254,可以达到10位二进制数，上千个了

• 子网号，子网掩码，下一跳，接口
  

3、DHCP

DHCP 返回四个信息:

• IP 地址
• 第一跳路由器的IP地址（默认网关）
• DNS服务器的域名和IP地址
• 子网掩码(指示地址部分的网络号和主机号)

4、最长前缀匹配和路由聚集（重点）

• 为什么要聚集？减少通告数量
• 下图的八个子网可以聚集
• 根据最长前缀匹配，只发送200.23.16.0/20就可以匹配前二十位
  
• ISP会收到200.23.16.0/20 和 200.23.18.0/23
• 根据最长前缀匹配，200.23.18.7会走下面的网络