-链路层和局域网.2

Posted 2022-04-12 xiaoguanqiu

6.5 链路虚拟化：网络作为链路层

　　多协议标签交换 MPLS

　　通过来自虚电路网络的一个关键概念—固定长度标签，可以改善 lP 路由器的转发速度。 其目标是使用转发 lP 数据报的路由设备，但却是基于固定长度标签和虚电路的技术，让路 由器根据固定长度的标签转发数据报(而不是目的地 IP 地址)，从而加快转发速度(标签长 度固定、较小的标签空间这两个特点加快了查表速度)。

6.6 数据中心网络

　　

• 因特网公司如FLAG构建了大量数据中心，每个数据中心容纳数十万太主机，同时支持着不同云应用。每个数据中心有自己的数据中心网络，内部主机彼此互联，并与因特网中其他数据中心互联
• 投资巨大，一个10w台主机的数据中心每月费用超过1200w刀
• 数据中心的主机（称为刀片）就像数据中心的工蜂：提供内容，存储文档，共同执行大规模分布式计算
• 多台机架顶部交换机与多台边界路由器相连

　　1.负载均衡

• • 一个云数据中心，能够同时提供搜索、电子邮件、视频应用等应用，每个应用与一个公开可见的IP地址关联，外部用户向该地址发送请求并从该地址接收响应
  • 外部请求首先被定向到一个负载均衡器，向主机分发请求，以主机当前负载作为函数在主机之间均衡负载
  • 负载均衡器基于分组的目的端口号（第四层）以及目的IP地址做决策，被称为第四层交换机
  • 客户请求—》负载均衡器—》主机—》负载均衡器—》客户
  • 不仅平衡主机间工作负载，还提供类似NAT功能，将外部IP地址转换为内部IP地址，防止客户直接接触主机

　　2.等级结构体系

• • 主机规模扩大到数十万时，数据中心应用路由器和交换机等级结构
  • 边界路由器——接入路由器——第一层交换机+负载均衡器——第二层交换机——第三层交换机（TOR交换机，top of rack，机架交换机）
  • 每台接入路由器下的主机构成单一子网，为使ARP广播流量本地化，每个子网分为更小VLAN子网，每个由数百台组成

　　3.数据中心网络发展趋势

• • 全连接拓扑：每台第一层交换机都与所有第二层交换机相连
  • 模块化数据中心MDC

 6.7 回顾:Web页面请求的历程

　　

　　6.7.1 准备:DHCP、UDP、IP和以太假定小明启动电脑，用以太网电缆连接到学校的以太网交换机

1. 小明电脑的操作系统生成一个DHCP报文，将报文封装到目的端口67（DHCP服务器）和源端口68（小明的DHCP客户）的UDP报文段，该报文段又封装到目的地址是广播地址、源地址0的IP数据报中
2. 包含DHCP请求报文的IP数据报封装到以太网帧中，目的MAC地址是MAC广播地址，该帧将广播到与交换机连接的所有设备（包括DHCP服务器）
3. 包含DHCP请求的广播以太网帧是小明电脑发出的第一个帧，因此交换机在所有出端口广播入帧，包括连接到路由器的端口，同时自动添加表项到交换机表
4. 路由器在它的接口接收到该帧，抽取IP数据报（因为是广播，否则地址不匹配会丢弃），UDP报文段被分解向上到达UDP，DHCP请求报文从里面再抽取出来，此时DHCP服务器得到了DHCP请求报文（DHCP服务运行在路由器）
5. DHCP服务器回发DHCP ACK报文，包括了IP地址，DNS本地服务器IP地址、默认网关路由器IP地址、网络掩码，放入UDP报文段，再放入IP数据报，再放入一个以太网帧，目的MAC地址是小明电脑的MAC地址
6. 包含DHCP ACK的帧由路由器发送给交换机，交换机从交换机表寻址到输出接口转发
7. 小明电脑收到该帧，抽取IP数据报，抽取UDP报文段，抽取DHCP ACK报文。小明的DHCP客户记录下它的IP地址和DNS服务器的IP地址，在其IP转发表安装默认网关地址。小明电脑向默认网关发送所在子网以外的数据报.

　　6.7.2 仍在准备:DNS和ARP

　　当小明将www.baidu.com的URL输入Web浏览器时，开启了一长串事件，导致百度主页最终显示在Web浏览器上。

• 为了生成TCPsocket向baidu.com发送HTTP请求，需要知道其IP地址，小明电脑的操作系统因此生成一个DNS查询报文，将网址放入DNS报文，再将报文放入目的端口号53的UDP报文段，该UDP报文段放入具有IP目的地址为DNS服务器（DHCP服务器返回的）的IP数据报中
• 小明电脑将包含DNS请求报文的数据报放入一个以太网帧中，该帧在链路层需要寻址发送到小明学校网络的网关路由器。为了获得该网关路由器的MAC地址，小明的电脑需要使用ARP协议，将IP地址—》MAC地址
• 小明电脑生成一个目的IP地址为默认网关的ARP查询报文，放在具有目的地址为MAC广播地址的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将帧广播给所有连接的设备，包括网关路由器
• 网关路由器在通往学校网络的接口上接收到包含该ARP查询报文的帧，发现在ARP报文中目标IP地址匹配自己的IP地址，网关路由器因此准备一个ARP回答，指示自己的MAC地址。它将ARP回答放在一个以太网帧中，目的地址为小明电脑的MAC地址，并向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给小明电脑
• 小明电脑接收包含ARP回答报文的帧，并从ARP回答报文中抽取网关路由器的MAC地址
• 小明电脑终于能使包含DNS查询的以太网帧寻址到网关路由器的MAC地址。该帧中的IP数据报中的目的地址文DNS服务器，而帧具有目的地址网关路由器MAC。小明电脑向交换机发送该帧，交换机将该帧交付给网关路由器

　　6.7.3 仍在准备：域内路由选择到DNS服务器

• 网关路由器接收该帧并抽取包含DNS查询的IP数据报。路由器查找该数据报的目的地址，根据其转发表决定将数据报发送到comcast网络中最左边路由器
• 最左边路由器收到该帧，抽取IP数据报，检查目的地址，根据转发表为其确定出接口，经过该接口向DNS服务器转发数据报。转发表已根据comcast域内协议（如RIP、OSPF或IS-IS），以及因特网域间协议BGP所填写
• 最终包含DNS查询的IP数据报到达了DNS服务器。DS服务器抽取出DNS查询报文，在其数据库中快速查找www.baidu.com，找到包含该IP地址的DNS源记录（假设缓存在当前DNS服务器，源与权威DNS服务器，否则需要递归、迭代查找）。DNS服务器形成了包含该主机名到IP地址映射的DNS回答报文，放入UDP报文段，通过comcast网络反向转到小明学校路由器，经过以太网交换机到小明电脑
• 小明电脑从DNS报文抽取出www.baidu.com的IP地址

　　6.7.4 Web客户 - 服务器交互: TCP和HTTP

• 小明电脑有了百度的IP地址，终于能生成TCP套接字，用于向www.baidu.com发送HTTP GET报文。小明生成套接字时，小明电脑中的TCP必须首先与www.baidu.com的TCP执行三次握手。因此小明电脑首先生成具有目的端口80（HTTP）的TCP SYN报文段，将报文段放在目的IP地址为baidu的IP数据报，将数据报放在MAC地址为网关路由器的帧中，向交换机发送该帧
• 在学校网络、comcast网络和百度的路由器朝着www.baidu.com转发包含TCP SYN的数据报，使用每台路由器中的转发表。支配分组经过comcast和百度网络之间域间链路转发的路由器转发表项，是BGP协议决定的
• 包含TCP SYN的数据报到达www.baidu.com，从数据报抽取报文并分解到与80端口向联系的欢迎套接字。对百度HTTP服务器和小明电脑之间的TCP连接生成一个连接套接字。产生一个TCP SYNACK报文段，将其放入向小明电脑寻址的一个数据报中，最后放入链路层帧中，将www.baidu.com连接到其第一条路由器
• 包含TCP SYNACK报文段的数据报通过百度、comcast和学校网络，最终到达小明电脑的以太网卡。数据报在操作系统中分解到TCP套接字，从而进入连接状态
• 借助小明电脑上的套接字，浏览器生成包含要获取URL的HTTP GET报文，报文写入套接字，GET报文成为TCP报文段的数据载荷。交付到百度
• baidu的HTTP服务器从TCPsocket读取HTTP GET报文，生成一个HTTP响应报文，将请求的Web页内容放入HTTP响应体重，将报文发送进TCPsocket
• 小明浏览器从套接字读取HTTP响应，抽取Web网页的html，显示了Web网页

参考

牛富贵儿  https://www.jianshu.com/p/16c716ec06b7