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第四章 网络层：数据平面
4.1 导论
- 数据平面
- 控制平面
网络层服务
- 在发送主机和接收主机之间传送段（segment）
- 在发送段将段封装到数据报中
- 在接收端，将段上交给传输层实体
- 网路层协议存在于每一个主机和路由器
- 路由器检查每一个经过它的IP数据报的头部
网络层的关键功能
网络层功能：
- 转发：将分组从路由器的输入接口转发到合适的输出接口
- 路由：使用路由算法从发送主机到目标接收主机的路径
- 路由选择算法
- 路由选择协议
网路层：数据平面，控制平面
数据平面（局部）
- 决定从路由器输入端口到达的分组如何转发到输出端口
- 转发功能：
- 传统方式：基于目标地址+转发表
- SDN方式：基于多个字段+流表
流表方式可以做多个动作：转发或block（阻塞）
控制平面（全局）
决定数据报该怎么走?
- 网络范围的逻辑
- 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端到端的路径
- 2个控制平面的方法：
- 传统的路由算法：在路由器中被实现
- soft-defined networking（SDN）：在远程的服务器中实现
传统方式：每-路由器(Per-router)控制平面
在每一个路由器中的单独路由器算法元件，在控制平面进行交互。
SDN方式：逻辑集中的控制平面
一个不同的（通常是远程的）控制器与本地控制代（CAs）交互
- 改变不同的逻辑流表不同的网络应用会形成不同的流表。
网络服务模型（best offer:尽力而为）
对于单个数据报的服务
- 可靠传送
- 延迟保证，如：少于40ms的延迟
对于数据报流的服务: - 保序
- 保证流的最小带宽
- 分组之间的延迟差
连接建立
- 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)
路由器组成
输入端口缓存
- 匹配的瞬时的输入，输出速率不一致需要一个池子。
- 排队延迟以及由于输入缓存溢出造成丢失!
- Head-of-the-Line (HOL) blocking（头端阻塞）: 排在队头的数据报阻止了队列中其他数据报向前移动
交换结构
- 将分组从输入缓冲区传输到合适的输出端口
- 交换速率：分组可以按照该速率从输入传输到输出
- 运行速度经常是输入/输出链路速率的若干倍
- N 个输入端口：交换机构的交换速度是输入线路速度的N倍比较理想，才不会成为瓶颈
通过内存交换（通过系统总线两次：阻塞）
- 分组被拷贝到系统内存，CPU从分组的头部提取出目标
地址，查找转发表，找到对应的输出端口，拷贝到输出
端口 - 转发速率被内存的带宽限制 (数据报通过BUS两遍)
- 一次只能转发一个分组
通过总线交换
- 数据报通过共享总线，从输入端口转发到输出端口
- 总线竞争: 交换速度受限于总线带宽
- 1次处理一个分组
通过互联网络(crossbar等)的交换
- 同时并发转发多个分组，克服总线带宽限制
相当于A到Y的时候，就可以把B,C短路。