计网-IP层之路由器传输原理

闲扯

• IGMP 因特网组管理protocal

• 路由器，不就是按照ip地址分发封装好TCP/UDP报文段的数据，

• 按照目的地还是下一个路由器？——目的地+下一个路由器

• 虚电路——分组交换网络上的两个或多个端点站点间的链路。它为两个端点间提供临时或专用面向连接的会话，相当于路由器上的半永久电路

1. 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

2. 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：$R_{switch}>Rline$,必须丢弃到达的或已经存在的，有分组调度算法

  • 分组调度

  1. 先进先出——对确定输出端口，按照到达该端口时刻确定顺序

  2. 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

  3. 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

  4. 循环排队——不同分组轮流执行先进先出确定的首项，

  5. 加权平均调度——每个分组分别占用$\frac{wi}{{\sum }_{i=1}^{n}wi}$带宽

6. Router与Switcher

   

   2layer	3layer	Router
   MAC表	MAC表+ARP表	ARP表+IP路由表
   MAC	MAC	IP
   分割冲突域		每个端口都为独立的广播、冲突域
   同一个广播域	VLAN分割广播域，不同域不通信	VLAN分割广播域+不同域可通信
   		含防火墙

   在路由器上存在路由表和arp表。比如当一个路由器上有一个2层的vlan100和另外一个路由器上的3层vlan100对接的时候，是不通的

   VLAN在mac帧上补4byteVLAN标签

3. 网际协议

ipv4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，

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• 网关：router中连接不同子网的device

• 子网：可通过交换机相互通信的ip系列主机

• DHCP协议：移动到新的子网向new DHCP server request ip address

  • process：find——provide——request——react

  

• NAT协议：所有家庭子网对路由外部都是10.0.0.0/24

  WAN:wide area network; LAN:local area network

  

ipv6

#####4. 路由器和交换机的融合与进化——分组交换机

• 用于分组交换，核心是流表——match+action

• 匹配：舍去了IPv4中TTL&datam length

• 动作：转发+丢弃+修改字段(除ip协议类型外都可改，如NAT中modify ip address)

• 路由器的功能：

  转发

  NAT（重写首部值)，

  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）

  向特定server send groups

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