14IP数据转发

Posted 2021-03-17 stephanie-boke

1、Fragmenting of an IPv4 Fragment

为什么这个可以节省CPU时间

因为当部分数据报达到的时候就已经可以重组数据了，比如1,3,2这样就可以将数据进行排序了，不用等到所有数据达到再排序，但是必须等4，当在设定的时间里没有等到4，这个Fragment就丢掉。

2、Reassembly

为什么要把数据报碎片化，在主机中实现

因为：这样能减少路由负担，最重要的是路由选址是动态变化的，碎片化的数据报，可能经过了不同的路由传送，

IP数据转发

1、网络服务规范

• TCP / IP支持无连接和面向连接的服务
• 基本交付服务在Internet层（第3层）无连接
• 可选的可靠的，面向连接的服务在运输层（第4层）

2、IP数据报

• 数据包通过路由器跨多个物理网络发送
• Internet协议定义了通用虚拟数据包-IP数据报
• IPv4数据报最多为64K八位字节，包括头部和数据
• IPv6最多可包含64K八位字节有效负载和报头

2.1、IPv4数据报头格式

2.2、 IPv6数据报

3、IP数据报转发

• 每个路由器都使用本地转发表转发虚拟数据包
• 每个条目对应一个网络，而不是一个主机
  •因此表中的条目数与网络数成正比
• 每个条目包含：
  •目的地址
  •make地址
  •下一跳：路由器的IP地址或直接交付
• 然后进行地址解析

3.1、 最长前缀匹配

• 现实中转发算法更复杂
• 转发表可以包含默认条目
• 网络管理员可以指定主机特定的路由
  •例如 沿与网络上其他主机的流量不同的路径引导特定主机的流量
• 对于特定于主机的路由：
  •转发表条目包含覆盖整个地址的掩码（IPv4为32位，IPv6为128位）
  •地址掩码可以重叠！！
• 考虑一个转发表，其中包含IPv4网络前缀的条目：
  •128.10.0.0/16
  •128.10.2.0/24
• 如果数据报到达目的地128.10.2.3，则两者都将匹配！
  •因此，Internet转发使用最长的前缀匹配

3.2、最大努力交付

• IPv4和IPv6尝试尽力而为的传递，并且不保证处理： •数据报复制
  •延迟或无序交货
  •数据损坏
  •数据报丢失
• 这些问题由其他协议层处理

4、封装形式

• 通过物理网络发送IP数据报时，它将放置在帧的数据区域中，并且帧类型设置为IP

5、最大传输单元（MTU）和数据报大小

• 最大传输单元-帧可以在给定网络上承载的最大数据量
• 数据包可能需要处理不同的MTU大小，因为它们通过Internet传递
• 数据报必须分段
• IPv4和IPv6的做法不同

5.1、IPv6片段大小

• 选择分片作为基础网络的MTU
• 但必须在原始来源完成，而不是在路由器上完成 •主机应选择不需要分段的数据报大小
  •如果沿途的路由器收到的数据报大于MTU，它将丢弃并发送错误消息
• 因此，主机必须沿到达目的地的路径学习每个网络的MTU！
  •path MTU是沿路径的最小MTU
  •path MTU discovery 是学习路径MTU的过程
• 尝试大小并查看是否返回错误的迭代过程！

为什么要在主机中实现数据碎片化？

因为：这样能减少路由负担，最重要的是路由选址是动态变化的，碎片化的数据报，可能经过了不同的路由传送，若由路由器实现，则较为复杂

5.2、 重新组装

• 在最终主机处完成 •路由器需要较少的状态信息 •片段可以采取不同的路线
• 头部字段指示数据何时是片段以及其所属位置
• 每个数据报都包含一个片段
• 如果丢失任何片段，整个数据报将丢失

5.3、收集碎片数据报

• 碎片可以采取不同的路线
• 特定的发送方可以将多个数据报发送到同一目的地，因此多个片段可能会乱序到达并散布
• 需要能够识别碎片
• 识别字段
  •与IP源地址一起使用以确定该片段属于哪个原始数据报
• 片段偏移字段
  •允许接收者确定片段的有效载荷在原始数据报中的位置

5.4、 碎片丢失

• 接收方收到片段时，它将启动计时器 •重新组装计时器
• 如果丢失任何片段，则整个数据报都会丢失
• 接收器必须在内存中缓冲片段，直到所有片段到达或计时器到期
• 如果计时器在接收到所有片段之前已过期，则已接收的片段将被丢弃
• 全有或全无的方法
• 在有损网络上，如果数据报是分段的，则丢失数据报的可能性更高
  •因此，通常应尽可能避免碎片化

5.5、 IPv4片段的片段

• 碎片可以碎片化
  •但是子片段的形成方式相同
• Destination无需等待片段的所有子片段到达即可重新组合整个原始数据报
  •减少CPU时间
  •意味着需要更少的数据存储在片段头中
• 在Internet中，设计人员试图避免按减少的MTU顺序排列网络

为什么这个可以节省CPU时间

因为当部分数据报达到的时候就已经可以重组数据了，比如1,3,2这样就可以将数据进行排序了，不用等到所有数据达到再排序，但是必须等4，当在设定的时间里没有等到4，这个Fragment就丢掉。

6、22章