计网/自顶向下/网络层：数据平面...

概述

数据平面与控制平面

路由器具有截断的协议栈，即没有网络层以上的部分；

路由器的数据平面的主要作用是从其输入链路向其输出链路转发数据报；
控制平面的主要作用是协调本地的路由器的转发工作，使得数据报沿着源和目的主机之间的路由器路径最终进行端到端传送。

控制平面通常采用软件定义网络（SDN）的办法进行路由选择和管理，即控制平面的路由选择功能与物理的路由器分离，路由设备仅执行转发而远程控制器算并分发转发表。

转发与路由选择

转发是指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，时间尺度很小（几纳秒）。转发是在数据平面中实现的唯一的、最为常见的、最重要的功能。分组也可能被现有的路由器阻挡。

路由选择是指确定分组从源到目的地所采取的端到端路径的网络范围处理过程，时间尺度较长（几秒），通常以软件形式在控制平面中实现。转发功能根据转发表来执行，而路由选择算法决定了插入该转发表的内容。$$

路由器工作原理

组成部件

路由器可分为四个部件，即输入端口、交换结构、输出端口和路由选择处理机；且仅路由选择处理机位于控制平面，而剩下三者以硬件实现。

• 输入端口负责：
• 1. 线路端接，执行终结入物理链路的物理层功能；
• 2. 数据链路处理，与位于链路远端的数据链路层交互来执行数据链路层功能，
• 3. 最后，执行查找、转发、排队的功能，然后到达交换结构。
• 交换结构将路由器的输入端口连接到它的输出端。这种交换结构完全包含在路由器之中，即是一个网络路由器的网络。
• 输出结构存储从交换结构接收的分组，并通过执行必要的链路和物理层功能在输出链路上传输这些分组（与输入端口类似于入栈和出栈）。输入端口通常与该链路的输出端口成对出现在同一线路卡上。
• 路由选择处理器，在传统路由器中执行路由选择协议，维护路由选择表与关联链路状态信息，并为该路由器计算转发表；在SDN路由器中，路由选择处理器负责与远程控制器通信，以接收转发表项并安装于输入端口。此外，路由选择处理器还执行网络管理功能。

数据平面以纳秒尺度运行，路由器控制功能一毫秒或秒尺度运行。控制功能包括执行路由选择协议、对上下线连接链路进行响应、与远程控制器通信和执行管理功能。

输入端口处理和基于目的地转发

路由器用分组目的地址的前缀与表项进行匹配，并使用最长前缀匹配原则。这种查找必须在纳秒级执行，而且需要对大型转发表使用超出简单线性搜索的技术