巴川笑笑生
巴川笑笑生

高级计网笔记（四）

网络层（数据平面）

服务

向传输层提供主机到主机段传输功能

功能

  • 全局路由：控制平面，决定源到目的的路径
  • 局部转发：数据平面，从一个端口流入，另一个端口流出
    将数据报从源送到目标主机，实现网络核心交换功能
    关联为转发表（路由表），流表

传统实现

  • 控制平面和数据平面垂直集成在每个设备（路由器）上
  • 控制平面功能：路由协议分布式计算路由表
  • 数据平面功能：IP协议按路由表进行分组转发

SDN通用转发

  • 控制平面数据平面分离，在不同设备上实现
  • SDN控制器集中计算，下发流表实现控制平面功能
  • SDN分组交换机按照流表对到来分组转发，实现数据平面功能

指标

  • 带宽
  • 延迟、延迟差
  • 丢包率

路由器

功能

  • 路由协议：形成路由表
  • 转发分组：使用转发表转发分组，交换

构成

  • 输入端口
    • 线路终端实现物理层功能
    • 链路协议实体实现链路层功能
    • 网络层实现分组转发，最长前缀匹配
  • 交换结构
    • 基于内存
    • 基于bus
    • 基于crossbar
  • 输出端口
    • 网络层实现分组调度FIFO，RR，WFQ
    • 调度支持对多媒体分组等优先级传输支持
    • 网络层，链路层和网络层实体协议处理，将分组形成的帧对应比特形成物理信号发送
    • 路由处理：控制各部分协调

服务模型

尽力而为

  • 丢包
  • 乱序
  • 不可靠
  • 可能重复

构成

  • 协议
    • IP协议
    • 路由选择协议
    • ICMP协议等
      *转发表

IP数据报格式

  • 字段
    • ID分组
    • 头部校验
  • 分片 / 重组
    • 一个分组总体大小超过转发链路MTU，切片
    • 到目标主机重组

IP编址

IP地址

主机或路由器的网络接口标识

子网

子网内通信

  • 无需借助路由器
  • 子网前缀相同
    地址层次性支持路由以子网为单位，而不以主机IP为单位

主机IP为代价太大

分类

  • A 大
  • B 中
  • C 小
  • D 多播
  • E 保留

特殊IP地址

127.0.0.1 localhost
0.0.0.0 缺省

子网掩码

标志IP地址中的子网
解决IP资源紧张

CIDR

无类域间路由
子网分裂聚合

NAT

网络地址转换
私有网络连接到公有网络

DHCP

上网主机获得IP，掩码，默认网关和local name server

路由聚集

  • 连续子网前缀子网可达信息可做聚集，减少外部传输路由数量，减少计算负担
  • 支持大概率路由聚集，对应最长前缀匹配

IPV6

  • 格式
    • 固定头部40B，地址128bits
  • 变化
    • 地址
    • 不支持分片
    • 流标签
  • 迁移
    • 隧道

SDN

控制平面数据平面分离

  • 集中在控制器上实现控制逻辑，可实现各种复杂网络功能，新功能（一次部署持续升级），方便管理
  • 形成开发生态
  • 按照计算出流表进行分组转发，通用，便于升级

工作原理

  • 模式匹配+行动（转发，组播，泛洪，修改字段，阻塞）
  • 多字段匹配流表，按照流表action对分组作用
  • 多流表匹配按优先权判断
  • 统计计数

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