4.网络层：数据平面
创始人
2025-05-31 13:06:05
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1.网络层概述
网络中的每台主机和路由器之间都有一个网络层
路由器具有截断的协议栈，没有网络层以上的部分
因特网的网络层提供单一的服务，称为尽力而为服务，看起来是根本无服务的委婉说法
数据平面：从输入链路向输出链路转发数据报
控制平面：协调本地路由器转发动作，使数据报沿着源和目的地主机之间的路由器路径进行端到端传送
转发是数据平面实现的唯一功能，将分组从一个输入链路接口转移到适当的输出链路接口的路由器本地动作，时间尺度很短，通常由硬件实现
路由选择由控制平面实现，确定分组从源到目的地采取的端到端路径的网络范围处理过程，时间尺度长，由软件实现
路由选择算法决定了插入路由器转发表的内容
若转发表的内容由人工配置，则不需要任何路由选择协议
软件定义网络SDN：计算转发表并与路由器交互的控制器由软件实现，因此网络是软件定义的
2.路由器工作原理
交换结构是网络路由器中的网络
基于目的地转发
通用转发：基于其他因素选择出口
转发表由路由选择处理器计算和更新，使用路由选择协议和其他网络路由器中的路由选择处理器交互，或者转发表接收来自远程SDN控制器的内容
输入端口
选择链路接口：最长前缀匹配规则
输出端口
分组的丢包即是在此时被丢弃的
交换结构一次只能传送一个分组到指定接口
3.网际协议
3.1 IPv4
协议号绑定网络层和运输层，端口号绑定运输层和应用层，链路从帧的一个特殊字段绑定链路层和网络层
一个链路层帧能承载的最大数据量称为最大传送单元MTU
因为每台主机和路由器都能发送和接收IP数据报，IP要求主机和路由器都有自己的IP地址。
一个IP地址与一个接口关联，而不是与包括该接口的主机和路由器关联
IP地址：点分十进制记法
IP编址为这个子网分配一个地址223.1.1.0/24，其中的/24称为子网掩码，指示32比特中最左侧24比特定义了子网地址
分开主机和路由器的每个接口，产生隔离的网络岛，即子网
因特网的地址分配策略称为无类别域间路由选择CIDR
一个组织通常被分配一块连续的地址，即具有相同前缀的地址
动态主机配置协议DHCP
许多用户来来往往，仅在有限的时间内需要地址
网络地址交换NAT
3.2 IPv6
迁移：IPv4中含有一个完整的IPv6数据报
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