REVIEW of 路由器原理与设计

路由器原理与设计

李韬

第一讲

一、课程介绍
课程关注点：互联网基础设施（router switch…）
课件中关于路由器的定义：路由器又称网关（Q：二者是否等同？），是互联网基础设施的最关键设备,一般用于连接不同IP网络

　　这里概念定义不准确。首先‘网关’一个大概念，不具体特指一类产品，只要连接两个不同的网络的设备都可以叫网关；而‘路由器’一般特指能够实现路由寻找及转发功能的特定类产品，显然路由器能够实现网关的功能。
　　另外，电信行业所说的‘路由器’又和家用的‘路由器’两个概念(电信路由器都是自己有路由表能指导转发的，而且每个端口都不能在同一个网段；家用路由器实际上是一个带有三层转发功能的交换机，主要实现的是DHCP，PPPOE这类的功能)。
　　关于默认网关，默认网关事实上不是一个产品而是一个网络层的概念，PC本身不具备路由寻址能力，所以PC要把所有的IP包发送到一个默认的中转地址上面进行转发，也就是默认网关。这个网关可以在路由器上，可以在三层交换机上，可以在防火墙上，可以在服务器上，所以和物理的设备无关。
->转自知乎网关和路由器的区别是什么？吕小星的回答

ppt示例：互联网中路由器交换原理（第二次上课抽人讲）

1.路由器与交换机的区别：->详细可见
2.图中可以看出：AB属于同一网段，AB，C，D分别属于不同网段，也就是说，AB间的访问不需要网关，其余任意之间的访问均需要通过网关。下面分两种情形介绍同网段及不同网段间通信流程（下述主机A、B表示网络中任意两台主机，区别于图中标识）：
　　主机A、B同网段：根据目标IP，上本机的ARP缓存表中查找有没有这个IP，如果有，则查找与这个IP对应的MAC地址，然后将MAC地址写入帧里面发送出去。如果没有，则以广播的形式（目的MAC全F）向本网段内的主机发送请求信息，收到信息的主机会比对自己的MAC，如果是自己的就回应，如果不是就丢弃。找到对应的主机回应了请求信息后，就会与主机A建立连接，并将主机A和主机B都会将对方的IP与MAC对应的关系加入到本机的ARP表中，然后进行通信。
　　主机A、B不同网段：主机A在数据包中封装好自己的IP地址和MAC地址，同时也封装好目标主机B的IP地址和网关的MAC地址，把数据包从网卡发出去，因为目标MAC是网关的，所以网关收到这个数据包后，发现目标MAC是自己，而目标IP却是别人，所以它不可以再往上打开这个数据包，它要做的工作就是把这些数据包发给下一跳路由器（如果网关自身就是一台路由器的话），如果网关是一台普通PC，那么它就发给路由器，让路由器把这些数据包正确传输到远程目标网络，到达远程网络后，它们的网关再将数据包发给数据包中的目标IP，即源主机A苦苦寻找的目标主机B，从而真正结束不同网络之间的通信，回应的数据包也是用同样的方法到达目的地，在这里，还需要注意的是，当网关把数据包发给下一跳路由器时，这个数据包必须由网关把目标MAC改成下一跳路由器的MAC地址（通过ARP得到），否则下一跳路由器收到目标MAC不是自己的数据包，会丢弃不予理睬，下一跳路由器再发给下一跳路由器同样要把目标MAC地址改为下一跳路由器的MAC地址再发出去。
　　总结：同网段通信时，数据包中的地址就是源IP，目标IP，源MAC，目标MAC，根本用不到网关，而当检测到需要把数据包发到远程网络时，这时，目标MAC就必须改变了，在还没有出内网时，目标MAC必须写成网关的MAC地址发出去，当网关收到时，再把目标MAC地址改成下一跳的MAC地址发出去，同时源MAC地址要始终保持为发出端口的MAC地址（回应报文可以依靠它路由回去），而网络层IP地址始终不变（用于接收方判断本机IP和数据包目的IP是否一致，若一致不转发），就算到达了公网上（Q：环路时如何选择？是通过AS1还是AS2发？），目标MAC仍然在不断改变着，直到最后，这个数据包到达目标IP的网络，最终通信结束。->详细可见

PS:

AR接入路由器 CR核心路由器 S(Switch)交换机 AS（自治系统(Autonomous System)）
三层交换机：具有部分路由器功能的交换机，目的是加快大型局域网内部的数据交换

二、课程内容：

主要针对路由器系统设计，讲授并讨论路由器的工作原理、体系结构、核心算法和实现技术等;
对网络基础设施(路由器、交换机等)发展涉及的关键技术问题进行研讨 ;
通过实验进一步提高对网络设备原理的理解，锻炼动手实践能力。
选题及实验方向:
- 路由查表及加速技术
- 数据中心网络传输优化技术
- 集中控制分布式路由技术
- 可编程网络数据平面与加速技术

第三周完成选题第五周提交翻译论文word版

三、报告：

– 论文内容报告(课程中讨论)
– 实验方案报告or综述论文(课程中讨论，结束时提交)

四、实验流程：
1. 实现
- 原则上在FAST开源平台进行软硬件实现，也可采用模拟仿真或其他方法及平台进行
- 在github上建立自己的开源项目，提交源代码和报告(学期末最终提交，课程中滚动版本)
2. 成绩评定
- 论文翻译与PPT报告30%(必须)
- 实验方案报告ppt报告与文档 or 综述论文40%(必须)
- 实验实现30%(运行、移植、创新)(可选)

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