【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法 第7版 | 中科大 】

第4章 網(wǎng)絡(luò)層 ： 數(shù)據(jù)平面

4.1 導(dǎo)論

網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)層功能：

• ?轉(zhuǎn)發(fā): 將分組從路由器 的輸入接口轉(zhuǎn)發(fā)到合適 的輸出接口 （局部）
• ?路由: 使用路由算法來 決定分組從發(fā)送主機(jī)到 目標(biāo)接收主機(jī)的路徑 (全局 )
  • ?路由選擇算法
  • ?路由選擇協(xié)議

數(shù)據(jù)平面

• ? 本地，每個(gè)路由器功能
• ? 決定從路由器輸入端口 到達(dá)的分組如何轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口
• ? 轉(zhuǎn)發(fā)功能：
  • 傳統(tǒng)方式：基于目標(biāo) 地址+轉(zhuǎn)發(fā)表
  • SDN方式：基于多個(gè) 字段 + 流

控制平面

• 網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的邏輯
• 決定數(shù)據(jù)報(bào)如何在路由器之間 路由，決定數(shù)據(jù)報(bào)從源到目標(biāo) 主機(jī)之間的端到端路徑
• 2個(gè)控制平面方法:
  • 傳統(tǒng)的路由算法: 在路由器 中被實(shí)現(xiàn)
  • software-defined networking (SDN): 在遠(yuǎn)程的服務(wù)器中 實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)方式：路由和轉(zhuǎn)發(fā)的相互作用 Vs SDN方式：邏輯集中的控制平面

• 傳統(tǒng)方式
  
• SDN 方式
  

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型

• ?在某些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中是第三個(gè)重要的功能 ?ATM, frame relay, X.25
• ?在分組傳輸之前，在兩個(gè)主機(jī)之間，在通過一些 路由器所構(gòu)成的路徑上建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層連接 ?涉及到路由器
• ?網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層連接服務(wù)區(qū)別:
  • 網(wǎng)絡(luò)層: 在2個(gè)主機(jī)之間，涉及到路徑上的一些路由器
  • 傳輸層: 在2個(gè)進(jìn)程之間，很可能只體現(xiàn)在端系統(tǒng)上 (TCP連接)
    
    Q: 從發(fā)送方主機(jī)到接收方主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的“通道” ，網(wǎng)絡(luò)提供什么樣的服務(wù)模型？
• 對(duì)于單個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的服務(wù): ?可靠傳送 ?延遲保證，如：少于 40ms的延遲
• 對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)流的服務(wù): ?保序數(shù)據(jù)報(bào)傳送 ?保證流的最小帶寬 ?分組之間的延遲差

4.2 路由器組成

概況

• 路由：運(yùn)行路由選擇算法／協(xié)議 (RIP, OSPF, BGP)-生成 路由表
• 轉(zhuǎn)發(fā)：從輸入到輸出鏈路交換數(shù)據(jù)報(bào)-根據(jù)路由表進(jìn)行分組 的轉(zhuǎn)發(fā)

輸入端口功能

• 基于目標(biāo)的轉(zhuǎn)發(fā): 如果地址范圍如果沒有劃分的特別規(guī)整，會(huì)發(fā)生什么？
• **最長(zhǎng)前綴匹配 longest prefix matching Destination Address Range** ： 當(dāng)給定目標(biāo)地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)，采用最長(zhǎng)地址前 綴匹配的目標(biāo)地址表項(xiàng) . (IP地址部分詳解 )

輸入端口緩存

交換結(jié)構(gòu)

• 將分組從輸入緩沖區(qū)傳輸?shù)胶线m的輸出端口
• 交換速率：分組可以按照該速率從輸入傳輸?shù)捷?出
  • 運(yùn)行速度經(jīng)常是輸入/輸出鏈路速率的若干倍
  • N 個(gè)輸入端口：交換機(jī)構(gòu)的交換速度是輸入線路速度的N倍比較理想，才不會(huì)成為瓶頸
    ? 3種典型的交換機(jī)構(gòu)
    

第一代路由器

• 在CPU直接控制下的交換，采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)
• 分組被拷貝到系統(tǒng)內(nèi)存，CPU從分組的頭部提取出目標(biāo) 地址，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找到對(duì)應(yīng)的輸出端口，拷貝到輸出 端口
• 轉(zhuǎn)發(fā)速率被內(nèi)存的帶寬限制 (數(shù)據(jù)報(bào)通過BUS兩遍)
• 一次只能轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)分組
  

通過總線交換

• 數(shù)據(jù)報(bào)通過共享總線，從輸入端 口轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口
• 總線競(jìng)爭(zhēng): 交換速度受限于總線 帶寬
• 1 次處理一個(gè)分組
• 1 Gbps bus , Cisco 1900； 32 Gbps bus, Cisco 5600；對(duì)于接 入或企業(yè)級(jí)路由器，速度足夠（ 但不適合區(qū)域或骨干網(wǎng)絡(luò)）

通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(crossbar等)的交換

? 同時(shí)并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)分組，克服總線帶寬限制
? Banyan（榕樹）網(wǎng)絡(luò)，crossbar(縱橫) 和其它的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)被開發(fā)，將多個(gè)處理 器連接成多處理器
? 當(dāng)分組從端口A到達(dá)，轉(zhuǎn)給端口Y；控 制器短接相應(yīng)的兩個(gè)總線
? 高級(jí)設(shè)計(jì)：將數(shù)據(jù)報(bào)分片為固定長(zhǎng)度的 信元，通過交換網(wǎng)絡(luò)交換

輸出端口

? 假設(shè)交換速率Rswitch是Rline的N倍（N：輸入端口的數(shù)量）
? 當(dāng)多個(gè)輸入端口同時(shí)向輸出端口發(fā)送時(shí)，緩沖該分組（當(dāng)通 過交換網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的速率超過輸出速率則緩存）
? 排隊(duì)帶來延遲，由于輸出端口緩存溢出則丟棄數(shù)據(jù)報(bào)！

調(diào)度機(jī)制

• ?調(diào)度: 選擇下一個(gè)要通過鏈路傳輸?shù)姆纸M

FIFO (first in first out) scheduling: 按照 分組到來的次序發(fā)送

• ? 丟棄策略: （隊(duì)列滿的時(shí)候 ）
  • ?tail drop: 丟棄剛到達(dá)的分組
  • ?priority: 根據(jù)優(yōu)先權(quán)丟失/移除分組
  • ?random: 隨機(jī)地丟棄/移除

調(diào)度策略：優(yōu)先權(quán)

• 優(yōu)先權(quán)調(diào)度：發(fā)送最高優(yōu)先 權(quán)的分組。
• ?多類，不同類別有不同的 優(yōu)先權(quán)。
  • 類別可能依賴于標(biāo)記或者其他的頭部字段, e.g. IP source/dest, port numbers, ds，etc.
  • 先傳高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中的分 組，除非沒有
  • 高（低）優(yōu)先權(quán)中的分組傳 輸次序：FIFO

調(diào)度策略：其他的

Round Robin (RR) scheduling:

• 多類
• ?循環(huán)掃描不同類型的隊(duì)列, 發(fā)送完一類的一個(gè)分組 ，再發(fā)送下一個(gè)類的一個(gè)分組，循環(huán)所有類
• Weighted Fair Queuing (WFQ) ： 每個(gè)類在每一個(gè)循環(huán)中獲得不同權(quán)重的服務(wù)量
  

4.3 IP ：Internet Protocol

IP：Internet Protocol

IPv4數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)

• 版本（Version, 4bit）
  對(duì)于IPv4，字段的值是4。

• 首部長(zhǎng)度（Header Length， IHL, 4bit）
  首部長(zhǎng)度說明首部有多少32位字（4字節(jié)）。一般為5，相當(dāng)于5*4=20字節(jié)。

• 服務(wù)類別（Type Of Service，8bit）

• 報(bào)文長(zhǎng)度（Length, 16bit）
  IP首部+數(shù)據(jù)部分的總長(zhǎng)度

• 標(biāo)識(shí)（Identification, 16bit）
  用于在IP層對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片的時(shí)候，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包。

• 標(biāo)志 （Flags, 3bit ）

  這個(gè)3位字段用于控制和識(shí)別分片，它們是：

  • 位0：保留，必須為0；
  • 位1：禁止分片（Don’t Fragment，DF），當(dāng)DF=0時(shí)才允許分片；
  • 位2：更多分片（More Fragment，MF），MF=1代表后面還有分片，MF=0 代表已經(jīng)是最后一個(gè)分片。
    如果DF標(biāo)志被設(shè)置為1，但路由要求必須分片報(bào)文，此報(bào)文會(huì)被丟棄。這個(gè)標(biāo)志可被用于發(fā)往沒有能力組裝分片的主機(jī)。
    當(dāng)一個(gè)報(bào)文被分片，除了最后一片外的所有分片都設(shè)置MF為1。最后一個(gè)片段具有非零片段偏移字段，將其與未分片數(shù)據(jù)包區(qū)分開，未分片的偏移字段為0。

• 分片偏移 （Fragment Offset, 13bit）
  這個(gè)13位字段指明了每個(gè)分片相對(duì)于原始報(bào)文開頭的偏移量，以8字節(jié)作單位。

• 存活時(shí)間（Time To Live，TTL, 8bit）
  本數(shù)據(jù)報(bào)的TTL.

• 協(xié)議 （Protocol, 8bit）
  1—-icmp, 2—-igmp, 6—-tcp, 17—-udp, 89—-ospf

• 首部檢驗(yàn)和 （Header Checksum， 16bit）
  IP首部的校驗(yàn)和

• 源IP地址（Source IP, 32bit）

• 目的IP地址（Destination IP, 32bit）

IPv4數(shù)據(jù)報(bào)分片

• 網(wǎng)絡(luò)鏈路有MTU（最大傳送單元）— 最大可傳輸?shù)逆溌返膸?
  • 不同的鏈路類型有不同的MTU
• 如果IP數(shù)據(jù)報(bào) > MTU ，則分片，到目的地后再重組
• IP頭部字段用來標(biāo)記

IP數(shù)據(jù)報(bào)分片示例

• 本來要發(fā)送 4000 byte 的數(shù)據(jù)報(bào)（head部分 + data部分）

• 鏈路的 MTU = 1500 bytes

• 需要將數(shù)據(jù)分為3片來發(fā)送

• length：片長(zhǎng)度，包括了 20 bytes IP首部部分，最大為MTU

  • length為1500的數(shù)據(jù)報(bào)，實(shí)際包含 1500?20=1480 bytes1500?20=1480 ????? 的data部分
  • 最后一片的length為 (4000?20)?1480×2+20=1040(4000?20)?1480×2+20=1040

• fragflag
  

  ：3 bits

  • 第二個(gè)bit為 DF（Don’t Flag）：為0則該數(shù)據(jù)報(bào)分片，為1則不分片
  • 第三個(gè)bit為 MF：為0則后面沒有片了，為1則后面還有片
  • 前兩片為 1（001），表示該IP數(shù)據(jù)報(bào)分片，且后面還有片
  • 最后一片為 0（000），表示該IP數(shù)據(jù)報(bào)分片，后面沒片（即最后一片）

• offset
  

  ：data部分偏移量，以 8 bytes 為單位，只計(jì)算data部分

  • 第一片的offset為 0
  • 第二片的offset為 1480 bytes/8 bytes=1851480 ?????/8 ?????=185

IPv4編址

概述

• IP地址：32位、主機(jī)和路由器接口的ID

• 接口

  （interface）：主機(jī)/路由器 和 物理鏈接 之間的連接

  • 路由器一般有多個(gè)接口
  • 主機(jī)一般有1到2個(gè)接口

• 每個(gè)接口都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的IP地址

接口連接方式

• 通過路由器連接
• 有線以太網(wǎng)通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接
• 無線網(wǎng)絡(luò)通過WiFi基站連接

子網(wǎng)（Subnet）

IP地址

• 網(wǎng)絡(luò)部分 —— 高位
• 主機(jī)部分 —— 低位

子網(wǎng)

• 子網(wǎng)部分相同
• 可以不通過路由器到達(dá)彼此

把路由器去掉，剩下的每個(gè)區(qū)域都是一個(gè)子網(wǎng)。

上圖中有6個(gè)子網(wǎng)。

分類編制（Classful Addressing）

• A類
  • 網(wǎng)絡(luò)部分前1位 —— 0
  • 網(wǎng)絡(luò)部分 8 bits，主機(jī)部分 24 bits
  • IP地址范圍：1.0.0.0 ～ 127.255.255.255
• B類
  • 網(wǎng)絡(luò)部分前2位 —— 10
  • 網(wǎng)絡(luò)部分 16 bits，主機(jī)部分 16 bits
  • IP地址范圍：128.0.0.0 ～ 191.255.255.255
• C類
  • 網(wǎng)絡(luò)部分前3位 —— 110
  • 網(wǎng)絡(luò)部分 24 bits，主機(jī)部分 8 bits
  • IP地址范圍：192.0.0.0 ～ 223.255.255.255
• D類
  • 前4位 —— 1110
  • 用于多播地址
• E類
  • 前4位 —— 1111
  • 被留作將來使用

子網(wǎng)掩碼（subnet mask）

• IP地址采用點(diǎn)分十進(jìn)制：例如 192.32.216.9
• 分類編制導(dǎo)致了地址資源的浪費(fèi)
• 子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼：可以減小地址資源的浪費(fèi)

200.23.16.64/27中的27為 網(wǎng)絡(luò)部分+子網(wǎng)部分 的位數(shù)

• 子網(wǎng)掩碼
  • 網(wǎng)絡(luò)部分+子網(wǎng)部分 置1
  • 主機(jī)部分 置0
• 子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)ID
  • 網(wǎng)絡(luò)部分+子網(wǎng)部分 不變
  • 主機(jī)部分 置0

CIDR：無類的域間路由（Classless InterDomain Routing）

• IP分為兩個(gè)部分 —— 子網(wǎng)部分 + 主機(jī)部分
• 子網(wǎng)部分可以是任意長(zhǎng)度
• 地址格式：a.b.c.d / x，其中x是子網(wǎng)部分位數(shù)
• 網(wǎng)絡(luò)部分稱為前綴（prefix）

如何獲取IP地址

主機(jī)如何獲取IP地址

主機(jī)獲取IP地址：

• 硬編碼：自己設(shè)置靜態(tài)的IP設(shè)置
• DHCP：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置（Dynamic Host Configuration Protocol）
  ??當(dāng)主機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，允許主機(jī)從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器動(dòng)態(tài)獲取IP地址。

DHCP

• 即插即用
• 可以更新IP
• 地址重用：主機(jī)的IP只有在上線時(shí)才固定，下線即釋放
• 支持移動(dòng)用戶

當(dāng)一臺(tái)主機(jī)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從子網(wǎng)中的DHCP服務(wù)器獲取IP地址。

網(wǎng)絡(luò)如何獲取IP地址

從ISP處獲取分配的IP地址。

ISP如何獲取IP地址

ISP從ICANN組織獲取IP地址

ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

• 分配地址
• 管理DNS
• 分配域名、解決爭(zhēng)議

NAT：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation）

• 從這個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)出去的報(bào)文都有著：相同的源IP+不同的端口號(hào)
• 對(duì)于外界網(wǎng)絡(luò)來說，這個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)IP
  • 本地網(wǎng)絡(luò)有內(nèi)部地址，改變?cè)搩?nèi)部地址不需要通知外部網(wǎng)絡(luò)
  • 改變ISP不需要改變本地網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部地址
  • 內(nèi)部地址在外部不可見（保障安全性）
• 實(shí)現(xiàn)方式
  • 發(fā)送出去的報(bào)文：（源IP(內(nèi)部的IP)，端口號(hào)）—> （NAT IP(NAT統(tǒng)一的IP)，新端口號(hào)）
    • 外部發(fā)來的報(bào)文的目的地址填寫：（NAT IP(NAT統(tǒng)一的IP)，新端口號(hào)）
  • NAT轉(zhuǎn)換表：記?。ㄔ碔P(內(nèi)部的IP)，端口號(hào)）<—> （NAT IP(NAT統(tǒng)一的IP)，新端口號(hào)）的轉(zhuǎn)換對(duì)
  • 收到的報(bào)文：根據(jù)NAT轉(zhuǎn)換表，（NAT IP(NAT統(tǒng)一的IP)，新端口號(hào)）—> （源IP(內(nèi)部的IP)，端口號(hào)）

• 外部不知道內(nèi)部的情況，所以外部不能發(fā)起通信
• 預(yù)留給內(nèi)部的IP地址：
  • 10.0.0.0~10.255.255.255（A類）
  • 176.16.0.0~172.31.255.255（B類）
  • 192.168.0.0~192.168.255.255（C類）
• 可以有16bit的主機(jī)地址位（10.0.0.0~10.255.255.255），一個(gè)NAT支持內(nèi)部60000+的連接
• NAT存在爭(zhēng)議
  • 路由器本來是在第3層，但NAT修改了端口號(hào)，而端口號(hào)包含在TCP/UDP的段結(jié)構(gòu)里，即改了第4層的內(nèi)容
  • 違反了端到端
  • 所以用IPv6來解決地址短缺

ICMP：因特網(wǎng)控制消息協(xié)議（Internet Control Message Protocol）

ICMP

• 主機(jī)、路由器、網(wǎng)關(guān)來交流網(wǎng)絡(luò)層信息
  • 報(bào)錯(cuò)：到達(dá)不了主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、端口、協(xié)議等等
  • 用于探測(cè)：echo request/reply（使用ping）
• IP的一部分，但體系結(jié)構(gòu)在IP之上：ICMP消息搭載在IP數(shù)據(jù)報(bào)上
• ICMP消息：type，code，引發(fā)錯(cuò)誤的IP數(shù)據(jù)報(bào)首部和前8個(gè)字節(jié)

• ICMP是管控制的IP的“兄弟”
• ICMP被IP使用，同時(shí)作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議使用IP
• ping、traceroute、path MTU discovery 都使用到了ICMP
  • ping：使用 ICMP Echo request/repley msgs
  • path MTU discovery
    • 發(fā)送一個(gè)大的IP數(shù)據(jù)報(bào)，該數(shù)據(jù)報(bào)的 don’t fragment 置 1（即不分片）
    • 減小數(shù)據(jù)報(bào)大小，直至成功（成功標(biāo)志：沒有接收到返回的ICMP消息）

Traceroute

Traceroute程序：跟蹤從一臺(tái)主機(jī)到其他主機(jī)之間的路由，用ICMP報(bào)文實(shí)現(xiàn)。

• 源發(fā)送一系列 UDP報(bào)文段 到目的
  • 第一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào) TTL=1，第二個(gè)數(shù)據(jù)報(bào) TTL=2，以此類推
  • 使用不常見的端口號(hào)
• 當(dāng)?shù)趎個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)第n臺(tái)主機(jī)時(shí)
  • 這個(gè)第n個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)TTL剛好過期
  • 路由器丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)
  • 路由器發(fā)送一個(gè)ICMP告警報(bào)文（type 11，code 0）給源
  • 該ICMP告警報(bào)文包括第n臺(tái)路由器名字及其IP
• 當(dāng)該ICMP報(bào)文返回到源主機(jī)，源主機(jī)計(jì)算RTT（往返時(shí)延），得到第n臺(tái)路由器名字及其IP
• 標(biāo)準(zhǔn)的Traceroute程序用相同的TTL發(fā)送3個(gè)一組的分組，輸出對(duì)每個(gè)TTL提供3個(gè)結(jié)果
• 停止條件步驟
  • UDP數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的主機(jī)
  • 目的主機(jī)返回 ICMP端口不可到達(dá)報(bào)文（type 3，code 3）
  • 源主機(jī)接收到該ICMP報(bào)文，則停止

在Mac上可在app“系統(tǒng)信息”中的窗口->網(wǎng)絡(luò)實(shí)用工具中使用Ping、Traceroute等工具。

IPv6

• 動(dòng)機(jī)
  • 初動(dòng)機(jī)：解決32位IP地址空間分配完的問題
  • 更快處理/轉(zhuǎn)發(fā)的頭部格式
  • 頭部支持QoS
• IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式
  • 固定長(zhǎng)度的頭部：40 byte （IPv4頭部長(zhǎng)度不固定）
  • 不允許分片

IPv6數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)

• 版本（Version, 4 bit）
  對(duì)于IPv6，字段的值是6（0110）。

• 流量類型（Traffic class，8 bit）
  用來標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)IPv6的通信流類別，類似于IPv4中的ToS。

• 流標(biāo)簽（Flow label，20 bit）
  用來標(biāo)記報(bào)文的數(shù)據(jù)流類型，以便在網(wǎng)絡(luò)層區(qū)分不同的報(bào)文。

• 有效載荷長(zhǎng)度（Payload length，16 bit）
  給出了IPv6數(shù)據(jù)報(bào)中跟在定長(zhǎng)的40 byte數(shù)據(jù)報(bào)頭部后面的字節(jié)數(shù)量。

• 下一個(gè)頭部（Next Header，8 bit）
  該字段標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)報(bào)中的內(nèi)容（數(shù)據(jù)字段）需要交付給哪個(gè)協(xié)議（如TCP或UDP）。無擴(kuò)展的頭部，Next Header指向TCP/UDP；有擴(kuò)展的頭部，Next Header指向的下一個(gè)頭部比如路由選擇。與IPv4頭部 協(xié)議（Protocol）字段相同。
  

• 跳段數(shù)限制（Hop limit，8 bit）

  生存時(shí)間，相當(dāng)于IPv4中的TTL。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的每臺(tái)路由器講對(duì)該字段內(nèi)容 -1，如果跳轉(zhuǎn)限制計(jì)數(shù)到0時(shí)，則丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)

• 源IP地址（Source Address，128 bit）

• 目的IP地址（Destination Address，128 bit）

• 數(shù)據(jù)（Data）

IPv6相較于IPv4的部分改變

• 去除Checksum：加快了轉(zhuǎn)發(fā)速度

• Options：依舊允許可選項(xiàng)，但是不放在頭部，而是放在 Next Header 指出的位置上

• ICMPv6

  ：ICMP的IPv6版本

  • 增加新的 type：比如“Packet Too Big”
  • 包含多播組管理

IPv6地址

• 三種類型：單播（unicast）、多播（multicast）、任意播（anycast）

• 冒號(hào)劃分的十六進(jìn)制（128 bit）

  eg. 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF

• 0的壓縮

  用雙冒號(hào)::表示一組0或多組連續(xù)的0，但只能出現(xiàn)一次。

  • FF05:0:0:0:0:0:0:B3 = FF05::B3
  • 0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 = ::128.10.2.1（IPv4和IPv6兼容的IP）
  • 12AB:0:0:CD30:0:0:0:0 = 12AB::CD30:0:0:0:0 = 12AB:0:0:CD30::（如果出現(xiàn)兩個(gè)多個(gè)0，隨意壓一個(gè)都行）

單播（Unicast address）

單播的地址格式（一共 128 bit）：

• 全球路由前綴（Global routing prefix，48 bit）

  前3位為001，分配給公司和組織。

• 子網(wǎng)ID（Subnet ID，16 bit）

  如果是小公司，只需要1個(gè)子網(wǎng)的話，全設(shè)為0

• 接口ID（Interface ID，64 bit）

  基于 EUI-64

IPv4到IPv6的遷移

• 現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)既有IPv4，也有IPv6。世界上的所有網(wǎng)從IPv4到IPv6需要很長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間。
• 兩種IPv4到IPv6的遷移
  • 雙棧（Dual Stack）：一些路由器可以兼容IPv4和IPv6
  • 隧道（Tunneling）：當(dāng)IPv6穿過IPv4的路由器上時(shí)，將IPv6作為載荷承載在IPv4上

雙棧（Dual Stack）

• 早期的設(shè)計(jì)
• 一些路由器有雙棧（IPv4 & IPv6），可以翻譯這兩種格式

隧道（Tunneling）

當(dāng)IPv6穿過IPv4的路由器上時(shí)，將IPv6作為載荷承載在IPv4上。就是像一個(gè)連接兩個(gè)IPv6路由器的IPv4隧道

4.4 通用轉(zhuǎn)發(fā)和 SDN

傳統(tǒng)

• 網(wǎng)絡(luò)層功能： ?轉(zhuǎn)發(fā)：對(duì)于從某個(gè)端口 到來的分組轉(zhuǎn)發(fā)到合適的 輸出端口 ?路由：決定分組從源端 到目標(biāo)端的路徑 ?路由算法
• 類比: 旅行 ? 轉(zhuǎn)發(fā)：一個(gè)多岔路口的 進(jìn)入和轉(zhuǎn)出過程 ? 路由:規(guī)劃從源到目標(biāo) 的旅行路徑
  每個(gè)路由器上都有實(shí)現(xiàn)路由算法元件（它們之間需要相互交 互）- 形成傳統(tǒng)IP實(shí)現(xiàn)方式的控制平面
  
• 路由器的網(wǎng)絡(luò)層功能：
  • IP轉(zhuǎn)發(fā)：對(duì)于到來的分組按照路由表決定如何轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù) 據(jù)平面
• 路由：決定路徑，計(jì)算路由表；處在控制平面

SDN：邏輯上集中的控制平面

• 一個(gè)不同的（通常是遠(yuǎn)程）控制器和CA交互，控制器決定分組 轉(zhuǎn)發(fā)的邏輯（可編程），CA所在設(shè)備執(zhí)行邏輯。
  

SDN的主要思路

• ? 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)平面和控制平面分離
• ?數(shù)據(jù)平面-分組交換機(jī)
  • 將路由器、交換機(jī)和目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能進(jìn)一步抽 象成：按照流表（由控制平面設(shè)置的控制邏輯）進(jìn)行PDU （幀、分組）的動(dòng)作（包括轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄、拷貝、泛洪、阻 塞）
  • 統(tǒng)一化設(shè)備功能：SDN交換機(jī)（分組交換機(jī)），執(zhí)行控制 邏輯
• ?控制平面-控制器+網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
  • 分離、集中
  • 計(jì)算和下發(fā)控制邏輯：流表

優(yōu)點(diǎn)

?水平集成控制平面的開放實(shí)現(xiàn)（而非私有實(shí) 現(xiàn)），創(chuàng)造出好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，促進(jìn)發(fā)展
?集中式實(shí)現(xiàn)控制邏輯，網(wǎng)絡(luò)管理容易
?基于流表的匹配+行動(dòng)的工作方式允許“可編程的”分組交換機(jī)

通用轉(zhuǎn)發(fā)和SDN OpenFlow數(shù)據(jù)平面抽象 每個(gè)路由器包含一個(gè)流表（被邏輯上集中的控制器計(jì)算和分發(fā)）

OpenFlow數(shù)據(jù)平面抽象

一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，應(yīng)用于SDN架構(gòu)中控制器和轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-485326.html

• ?流: 由分組（幀）頭部字段所定義
• ?通用轉(zhuǎn)發(fā): 簡(jiǎn)單的分組處理規(guī)則
  • ?模式: 將分組頭部字段和流表進(jìn)行匹配
  • ?行動(dòng)：對(duì)于匹配上的分組，可以是丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)、修改、 將匹配的分組發(fā)送給控制器
  • ?優(yōu)先權(quán)Priority: 幾個(gè)模式匹配了，優(yōu)先采用哪個(gè)，消除歧 義
  • ?計(jì)數(shù)器Counters: #bytes 以及#packets
    路由器中的流表定義了路由器的匹配+行動(dòng)規(guī)則 （流表由控制器計(jì)算并下發(fā) )

OpenFlow抽象

• ? match+action: 統(tǒng)一化各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供的功能
  

到了這里，關(guān)于【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法】(四)網(wǎng)絡(luò)層 : 數(shù)據(jù)平面 (IPV4 | IPV6 | 路由算法 )的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！