计网笔记-第四章：网络层

第四章重点

五类 IP 地址划分的表格（Ctrl+F 查找 wiki）

例题1：子网划分（查找 1111）

例题2：子网划分与CIDR（查找 2222）

链路状态路由（全局路由）：Dijkstra （查找 Dijkstra）

距离向量路由（分布式路由算法）：DV （查找 4.5.2）

第四章复习大纲

• 路由器的结构
• IP协议（重点）
  • IP 报文格式
  • IPv4寻址
  • ICMP
  • DHCP
• 路由算法（重难点）
  • LS（Link State）
  • DV（Distance Vector）
  • 层次选路
• 路由协议
  • RIP（域内，DV）
  • OSPF（域内，LS，更优）
  • BGP（域间）
• SDN

这一章东西也不少啊

4.1 引言

• 网络层与传输层：

  • 有关 报文段 （segment）

    • 报文段是传输层的协议数据单元，常见的传输层协议有 TCP 和 UDP。报文段是应用层经过传输层封装后的产物
    • 报文段 包含了传输层协议的头部信息，如端口号、序列号、校验和等

  • 发送方主机封装 报文段 为 数据报（datagram）

    • 在发送方主机，传输层生成的报文段会交给网络层处理，常见的网络层协议是 IP
    • 封装时添加网络层头部信息，包括 源IP地址、目的IP地址

  • 接收方主机递交报文段给传输层。

    • 数据报从发送方主机通过网络传输到接收方主机。

      在接收方主机，网络层接收到数据报，然后将其解封装，提取出其中的报文段。

      最终，网络层将解封装出来的报文段递交给接收方主机的传输层进行进一步处理。

  • 在 每个 主机、路由器上都需要运行网络层协议

  • 路由器会检查通过它的所有 IP 数据报的头部字段，然后根据目的 IP 地址对数据报进行转发

• 网络层的两个主要功能：

  • 转发（forwarding）：将分组从路由器的输入端口转移到正确的路由器输出端口。（“通过立交桥岔口”）
    • 通过路由器中的 转发表 确定本路由器上的本地转发
  • 路由（routing）：确定分组从发送方传输到接收方的路径。（”规划旅行路线“）
    • 通过路由器中的 路由算法 确定通过网络的端到端路径

• 网络层被分解成两个相互作用的部分（两个平面）：

  • 数据平面：决定抵达路由器输入端口的数据报如何转发到输出端口

    • 本地的，每个路由器自身的功能

  • 控制平面：决定数据报在端到端路径上的路由器之间如何路由

    • 整个网络范围

    • 两种数据平面的实现方式

      1. 传统的路由算法（和转发功能被实现成一个整体，在路由器内实现）

         

      2. 软件定义网络（在远程服务器内实现），置于一台远程控制器

         

• 如今的因特网网络层不执行连接建立

• 网络层提供的服务：简单 & 尽力而为

  • 尽力而为的服务（best-effort service）

  • 分组间的定时不能被保证

  • 分组的接受顺序与发送顺序不一定相同

  • 传送的分组不饿能保证最终交付，即网络可能未向目的地交付分组

    确保交付（X）

    具有时延上界的确保交付（X）

    有序分组交付（X）

    确保最小带宽（X）

    确保最大时延抖动（X）

    • 机制的简单性使Internet得以 广泛部署
    • 足够的带宽配置可使实时应用程序(例如交互式语音、视频)的性能在"大部分时间"内"足够好"（UDP效果）
    • 可复制的、应用层的分布式服务(数据中心,内容分发网络)；连接到客户端的网络附近，从而允许从多个位置提供服务
    • "弹性"服务的拥塞控制非常有用

4.2 虚电路和数据报网络 （大部分了解 = 大部分不考）

• 数据报转发表

  • 如果为每个目的地址建立一个表项，需要大约 40 亿个表项。因此转发表中采用 地址范围 来建立表项。

• 最长前缀匹配（查找 输出端口）

  

  • 第一个：0；第二个：1。（注意是 最长 前缀）

4.3 路由器的工作原理

• 路由器的两个核心功能：

  • 运行路由器算法/协议（OSPF，RIP，BGP）
  • 将分组从路由器的输入链路传送到正确的输出链路

• 路由器的体系结构：

  

• 输入端口：

  

  • 功能：
    1. 第一个 线路终端 模块：将一条物理链路端连接到服务器的物理层
    2. 第二个 数据链路处理 模块：实现路由器的 数据链路层功能
    3. 第三个 查找与转发 模块：实现 查找与转发功能 ，以便分组通过路由器交换结构转发到合适的输出端口
       • 通过查找 转发表 实现，这里的转发表存储在输入端口的内存中。
       • 分布式交换：每个输入端口有一份转发表拷贝，在每个输入端口本地作出交换决策

• 交换结构：将分组从输入端口缓存 转发 到恰当的输出端口缓存中：

  

  • 三种类型：经内存、经总线、经交换矩阵（纵横式）

  • 经内存：交换由 选路处理器（CPU） 完成。类似I/O设备。

    • 每个分组经过 2 次总线（输入端口 → \rarr → 内存，内存 → \rarr → 输出端口）

  • 经总线：不需要 选路处理器 的干预，每次也只能有一个分组通过总线传送。路由器交换带宽受 总线速率 影响。

  • 经交换矩阵：

    • 纵横式交换机：由 2n 条总线组成，n个输入端口 & n个输出端口连接。

    • 到达输入端口的分组 沿水平总线穿行，直至与所希望的输出端口的垂直总线交叉点。

      • 若该垂直总线空闲，则直接传送到输出端口；否则在输入端口排队。

        

• 输出端口：取出存放在输出端口内存中的分组，并将其传输到输出链路上

• 排队：

  • 输出端口排队：当交换结构将分组交付给输出端口的速率超过输出链路速率时，就需要 排队与缓存管理功能。缓冲区溢出时会出现延时和丢包。

    

  • 输入端口排队同理

    • 线头阻塞（Head-of-the-Line（HOL） Blocking）：在队列前面的 被阻塞的数据报 会 阻止

      标签：IP,网络层,网络,计网,地址,第四章,节点,路由,路由器
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