计算机网络 4. 网络层-数据平面 2021-06-21 浏览量 649 暂无评论 [TOC] ## 课程主要内容 - 数据平面、控制平面 - 路由器组成 - IP:格式、分片、IPv4地址、NAT(网络地址转换)、IPv6 - 通用转发和SDN ### 4.1 导论 **网络层服务:** - 在发送主机和接收主机对之间传送**段(segment)** 或UDP数据报 - 在发送端将段封装到数据报中 - 在接收端,将段上交给传输层实体 - 网络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 **网络层功能:** - 转发:路由器局部,从路由器的哪个端口接收,再从哪个端口发送,依赖于路由表;数据平面 - 传统:目标地址 + 转发表,数据平面与控制平面紧耦合 - SDN:多个字段 + 流表 匹配,转发、block、泛洪或修改字段 - 路由:全局,规划从源主机到目标主机的路径,计算路由表;控制平面 - 传统: - SDN(software-defined network):南桥接口提供流表,控制平面集中 **连接建立:** TCP/IP不需要,ATM需要 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210615223748991.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ### 4.2 路由器组成 路由:运行路由选择算法/协议,生成路由表 转发:从输入到输出链路交换数据报,根据路由表进行分组的转发 输入输出端口整合在一起。 输入端口缓存: 存在原因:当交换机构的速率小于输入端口的汇聚速度时,在输入端口可能要排队 交换机构: 将分组从输入缓冲区传输到合适的输出端口。 交换速率:理想情况下,交换机构的交换速度是输入线路速度的N倍 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617162002106.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617162041966.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617162320508.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617162503456.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ### 4.3 网络层:数据平面 #### IP数据报格式 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617205433464.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) #### 分片 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2021061721144291.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617211512305.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) #### IP编址 ##### 子网 ###### IP地址组成 - 子网部分 - 主机部分 ###### 子网概念 - 一个子网内的节点,它们的IP地址高位部分相同; - 无需路由器介入,子网内各主机可以在物理上相互直接到达 互联网的路由以网络(子网)为单位,不然主机到主机路由的话根本不现实。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210617214744340.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ###### Classless InterDomain Routing 子网掩码:11111111 11111111 11111110 0000000 网络号用1表示,主机位用0表示。 示例: 200.23.16.0/23,23表示前23位是网络号。 IP地址以子网为单位进行聚集。 ###### 如何获得IP地址 1. 系统管理员将地址配置在一个文件中 - Wintel:控制面板--网络配置 - UNIX:/etc/rc.config 2. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 允许主机从服务器那里动态地获得IP地址(plug-and-play)。 优点: - 无需手动配置 - 节省IP地址 ###### NAT:Network Address Translation 为什么需要: - 本地网络只有一个有效IP地址 意义: - 不需要从ISP分配一块地址,可以用一个IP地址用于所有的局域网设备 - 局域网改动与ISP改动分离 - 局域网内部的设备对外不可见 作用: - 内网地址转换为外网地址 - 外网地址通过端口转换为内网地址 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620160056807.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) 问题: 外网没法主动与内网IP建立连接,NAT穿透问题。 解决方法: - 固定NAT表项; - Universal Plug and Play (UPnP) Internet Gateway Device (IGD)协议,获得NATted主机可以: - 获知网络的公共IP地址 - 列举存在的端口映射 - 增/删端口映射 - 中继服务器 ##### IPV6 IP地址足够多 源主机将分组变小,减轻路由器的负担(通过ICMPv6 [Internet Control Message Protocol]返回“Packet Too Big”) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620162804859.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620162814773.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ##### IPV4与IPV6通信 IPV6看作IPV4中的孤岛,各协议内部采用各自的协议通信,IPV6孤岛间通过“隧道”通信,即通过双栈协议建立通信,将V6分组封装到V4中,到另一个岛边缘再解封装。 ### 4.4 通用转发和SDN ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620165649641.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620165714883.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210620165731119.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NzkyOTU5,size_16,color_FFFFFF,t_70) 南向接口向分组交换机下发流表。 赞赏 微信支付 支付宝支付