コンピュータネットワーク-ネットワーク層-ルータ

3023 ワード
コンピュータネットワークシリーズのブログ——目次
ルータの原理
ルータ転送プレーン
  • 転送機能を実現する論理構造;
  • は1台のルータの入力ポート、出力ポート、交換構造によって共同で実現される.
  • ルータ転送平面は常にハードウェアによって実現される.
  • 転送平面はナノ時間スケールで動作する.

    • ルータコントロールプレーン
  • ルータ制御機能の論理構造を実現する.
  • ルーティングプロトコルを実行し、オンラインまたはオフラインの接続リンクに応答し、ネットワーク管理機能を実行する.
  • ルータ制御平面は通常ソフトウェアで実現され、ルーティングプロセッサ上で動作する(通常は従来のCPU).
  • 制御平面はミリ秒または秒の時間スケールで動作する.
  • ネットワーク範囲のルーティング制御平面は、異なる部分が異なるルータ上で実行され、互いに制御メッセージを送信することによってインタラクティブになることが多い.

    • 構成
  • 入力ポートは、入力物理リンクをルータに接続する物理層機能である.リンクの遠位端に位置するデータリンク層と交換するリンク層機能を実行する.転送テーブルをクエリーして、パケット出力ポートに到達するクエリー機能を決定する.
  • 交換構造はルータの入力ポートと出力ポートを接続し、ルータ内部のネットワークである.
  • 出力ポートは、交換構造から受信したパケットを格納する.出力リンク上でパケットを伝送するために必要なリンク層、物理層機能を実行する.
  • ルーティングプロセッサは、ルーティングプロトコルを実行する.ルーティングテーブルのメンテナンス;接続のステータス情報を維持します.ルータの計算のために発表を転送します;ネットワーク管理機能を実行する.制御パケットは入力ポートからルーティングプロセッサに転送される.

    • 双方向リンク、リンクの入力ポート、出力ポートは、通常、同じ回線カード(交換構造に接続された印刷回路カード)上にペアで表示される.
    入力ポート
    graph LR
A[    ] --> B[      ]
B-->C[  ,  ,  ]
C-.->D{    }

    入力ポート対パケットの処理動作
  • 物理層、リンク層処理
  • パケットバージョン番号、チェックサム、ライフスパンフィールド
    • をチェック
  • パケットチェックサム、寿命フィールド
    • を更新
  • ネットワーク管理用カウンタ
    • を更新する.
  • パケット対応出力ポート
    • を検索する.
    パケットに対応する出力ポートを検索します.各入力ポートには、通常、転送された影のコピーがあります(転送は、ルーティングプロセッサによって計算され、更新され、独立したバスを介して各入力ポートに送信されます).パケット内の宛先アドレス符号化(ip)を達成するために、転送発表における最長プレフィックスマッチングを検索する.
    パケットは、その出力ポートを検索することによって決定された後、交換構造に入ることができる.交換構造は、他の入力ポートからのパケットによって占有される可能性があるため、パケットは交換構造によってブロックされ、入力ポートにキューされる.
    こうかんこうぞう
    パケットを実際に1つの入力ポートから1つの出力ポートに転送(交換)する
    スワップモード
  • メモリ交換
  • 初期の単純ルータは、従来のコンピュータによって実現され得る.入出力ポート間の交換は、CPU(ルーティングプロセッサ)の直接制御で行います.パケットが入力ポートに到着した後、CPUを中断して通知し、CPUはパケットをメモリにコピーし、パケットヘッダフィールドを解析し、ある出力ポートのキャッシュにコピーすることを決定する.
  • 多くの現代ルータはメモリを介して交換されています.従来の単純ルータとの違いは,宛先アドレスの検索とパケットの適切なメモリ位置への格納が入力回線カードによって処理されることである.

  • は、バス交換入力ポートを介して1本の共有バスを介してパケットを出力ポートに直接転送し、ルーティングプロセッサの介入を必要としない.入力側がパケットを交換構造に送る場合、内部ラベルを付けると、すべての出力ポートがパケットを受け取るが、ラベルに対応する出力ポートのみがパケットを受け入れる.
  • インターネット経由で交換
  • 縦横交換ネットワークは、単一バスではなく縦横の碁盤ネットワークを使用してパケットを交換する.N個の入力端、N個の出力端のルータに対して、2 N本の線路があって、N^2個の線路の交点、交点は動的にスイッチすることができます;入力ポートAから出力ポートBへのパケットに対して、交換構造コントローラは、適切な回線交点を閉じることによって正確な伝送を実現する.縦横ネットワークは複数のパケットを並列に交換することができる.
  • マルチレベルスイッチングネットワークは複雑であり、異なる入力ポートからのパケットを同時に同じ出力ポートに向かって
    • 進むことができる.

    出力ポート
    出力ポートメモリに格納されているパケットを取り出し、出力リンクに送信します.
    graph LR
A{    }-.->B[  ,  ]
B-->C[      ]
C-->D[    ]

    グループキュー
    ルータ入力側では,出力側がパケットキューを形成する可能性がある.キューの位置と長さは、トラフィック負荷、交換構造の相対速度、回線速度に依存する.
    パケット損失キューがいっぱいになった場合、パケット破棄ポリシーを破棄しなければなりません.新しく到着したパケットを破棄するほか、より複雑なポリシーもあります.
    プロアクティブキュー管理は、キャッシュが満たされていない場合にパケットを選択的に破棄し、送信者に混雑が発生したことを示す
    キャッシュ長ルータキャッシュは流量負荷の変動を吸収することができる.キャッシュサイズを決定する経験的方法は、キャッシュサイズB=平均往復遅延RTT*リンク容量Cが大量のTCPストリームNを通過するリンク、キャッシュサイズB=平均往復遅延RTT*リンク容量C/TCP数の平方根N^0.5である
    出力側パケットスケジューリング出力側キューに対して、パケットスケジューリングプログラムはキューの中で1つのパケットを選択して送信する必要がある.通常、先着順のサービス原則を使用することができます.より複雑なスケジューリング規則は公平性、サービス品質保証などの目標を実現することができる.
    コンピュータネットワーク:トランスポートレイヤ
    P 3171[CQOI 2015]ネットワークスループット