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第四、五章练习及答案路由器与链路层交换机根本区别 第二,路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号),这样就可以使路由表中的项目数大幅度减
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第四、五章练习及答案
1. 路由器与链路层交换机根本区别。
路由器基于 IP 地址转发分组,而链路层交换机基于 MAC 地址转发。
2. 网络层数据平面和控制平面的主要功能。
数据平面的主要功能是分组转发,即将数据报从其输入链路转发到它们的输出链路。例如,
数据平面的输入端口执行物理层功能,终止路由器上的传入物理链路,执行链路层功能以与传
入链路另一侧的链路层互操作,并在输入端口执行查找功能。
控制平面的主要功能是路由,即确定数据包从其源到目的地的路径。控制平面负责执行路
由协议,响应连接到上层或下层链路,与远程控制器通信以及执行管理功能。
3. 路由选择和分组转发主要区别。
路由和转发之间的主要区别在于转发是路由器将数据包从其输入接口传输到其输出接口的
本地操作,并且转发在非常短的时间尺度(通常为几纳秒)内进行,因此通常在硬件。路由是
指网络范围的进程,用于确定数据包从源到目标的端到端路径。路由发生在更长的时间尺度(通
常是几秒),并且通常在软件中实现。
4. 路由器中转发表的主要作用。
转发表在路由器中的作用是保存条目以确定将通过交换结构转发到达的分组的输出链路接口。
5. 网络层的服务模型。
互联网网络层的服务模式是尽力服务。使用此服务模型,无法保证按照发送顺序接收数据
包,无法保证最终交付,不保证端到端延迟,也不保证最小带宽保证。
6. 路由器各个部分中哪些由硬件实现,哪些由软件实现。
输入端口,交换结构和输出端口在硬件中实现,因为它们的数据报处理功能对于软件实现
来说太快了。传统路由器内的路由处理器使用软件来执行路由协议,维护路由表和附加的链路
状态信息,以及计算路由器的转发表。此外,SDN 路由器中的路由处理器还依赖于与远程控制
器通信的软件,以便接收转发表条目并将其安装在路由器的输入端口中。
由于需要快速处理,例如在纳秒时间尺度,数据平面通常在硬件中实现。控制平面通常以
软件实现并且以毫秒或第二时间尺度操作,例如,用于执行路由协议,响应上行或下行的附加
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链路,与远程控制器通信以及执行管理功能。
7. 路由器基于目的地转发和通用转发有什么区别。
基于目的地的转发意味着到达路由器的数据报将仅基于数据报的最终目的地被转发到输出
接口。通用转发意味着当路由器确定数据报的输出接口时,除了最终目的地之外,还考虑与数
据报相关联的其他因素。软件定义网络采用通用转发,例如,转发决策可以基于数据报的 TCP /
UDP 源或目标端口号,以及其目的 IP 地址。
转发有两个主要操作:匹配和行动。
通过基于目的地的转发,路由器的匹配操作仅查找待转发数据报的目的 IP 地址,路由器的
动作操作包括将数据包发送到交换结构到指定的输出端口。
通过通用转发,可以在与协议栈中不同层的不同协议相关联的多个报头字段上进行匹配,
并且动作可以包括将分组转发到一个或多个输出端口,跨多个输出接口对数据包进行负载平衡,
重写标头值(如在 NAT 中),有目的地阻止/丢弃数据包(如在防火墙中),将数据包发送到特
殊服务器以进行进一步处理和操作等等。
8. 主机收到一个数据报,在网络层如何知道应当将该报文段(即数据报的有效载荷)交付给
TCP 还是 UDP 或其他。
通过 IP 首部中的上层协议字段。
9. 在 IP 首部中,哪个字段可以确保一个分组的转发不超过 N 台路由器。
TTL。
10. 当某个路由器发现一 IP 数据报的检验和有差错时,为什么采取丢弃的办法而不是要求源
站重传此数据报?计算首部检验和为什么不采用 CRC 检验码?
纠错控制由上层(传输层)执行。
IP 首部中的源地址也可能出错,错误的源地址重传数据报是没有意义的。
不采用 CRC 简化解码计算量,提高路由器的吞吐量。
11. 为什么运输层和网络层都执行差错检验?
IP 层的校验只针对首部,而 TCP/UDP 的校验和针对整个报文段(包含数据部分)。另外,
TCP/UDP 与 IP 不一定属于同一个协议栈,TCP 能够运行在不同的网络层协议上(如 ATM),IP
首部中的上层协议字段也暗示上层可能有除 TCP/UDP 外的其他协议。
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12. 路由聚合用处。
路由聚合意味着 ISP 使用单个前缀来通告多个网络。路由聚合很有用,因为 ISP 可以使用
此技术向 Internet 的其余部分通告 ISP 具有的多个网络的单个前缀地址。
13. 专用网络地址(私有地址)特点。
网络中设备的专用网络地址是指仅对该网络内的那些设备有意义的网络地址。
具有专用网络地址的数据报不应存在于较大的公共因特网中,因为专用网络地址可能被其
自己的专用网络内的许多网络设备使用。
14. IPv4 和 IPv6 区别。
IPv6 具有固定长度的头部,其不包括 IPv4 头部可包括的大多数选项。即使 IPv6 头部包含
两个 128 位地址(源和目标 IP 地址),整个标头也只有 40 字节的固定长度。其中一些领域的精
神相似。 IPv6 中的流量类,有效载荷长度,下一个报头和跳跃限制分别类似于 IPv4 中的服务
类型,数据报长度,上层协议和生存时间。
15. 基于目的地转发与 OpenFlow 流表有什么差异。
基于目的地转发的转发表中的每个条目仅包含 IP 报头字段值和要转发分组(与 IP 报头字
段值匹配)的输出链路接口。
OpenFlow 中流表的每个条目包括一组头字段值,传入的分组将与之匹配,一组计数器在分
组与流表条目匹配时更新,以及一组在分组与流表条目匹配时采取的动作。
16. “匹配加动作”含义。
“匹配加动作”意味着路由器或交换机试图在分组的某些头部值与流表中的某些条目之间
找到匹配,然后根据该匹配,路由器决定使用哪个接口将分组转发,甚至在分组上进行更多操
作。
在基于目的地的转发分组交换的情况下,路由器仅尝试在具有到达分组的目的地 IP 地址的
流表条目之间找到匹配,并且动作是确定该分组将是哪个接口转发。在 SDN 的情况下,可以匹
配许多字段,例如,IP 源地址,TCP 源端口和源 MAC 地址,还可以采取许多动作,例如,转
发,删除和修改字段值。
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17. 在 IP 数据报中举出能够在 OpenFlow 1.0 通用转发中“匹配”的 3 个首部字段。
“匹配”的三个字段是:IP 源地址,TCP 源端口和源 MAC 地址。
无法匹配的三个字段是:TTL 字段,数据报长度字段,首部校验和(取决于 TTL 字段)
18. IP 地址分为几类?各如何表示?IP 地址的主要特点是什么?
答:分为 ABCDE 5 类;
每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号 net-id,它标志主机(或
路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号 host-id,它标志该主机(或路由器)。
各类地址的网络号字段 net-id 分别为 1,2,3,0,0 字节;主机号字段 host-id 分别为 3 字
节、2 字节、1 字节、4 字节、4 字节。
特点:
(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是:
第一,IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号,而剩下的主机号则由得到该网络号
的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。
第二,路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号),这样就
可以使路由表中的项目数大幅度减少,从而减小了路由表所占的存储空间。
(2)实际上 IP 地址是标志一个主机(或路由器)和一条链路的接口。
当一个主机同时连接到两个网络上时,该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址,其网络
号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomedhost)。
由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一
个网络),因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。
(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络,因此这些局域网都具有同样的
网络号 net-id。
(4)所有分配到网络号 net-id 的网络,范围很小的局域网,还是可能覆盖很大地理范围的广
域网,都是平等的。
19. 试说明 IP 地址与 MAC(硬件)地址的区别,为什么要使用这两种不同的地址?
IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的 32
位的标识符。从而把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。
在实际网络的链路上传送数据帧时,最终还是必须使用硬件地址。
MAC 地址在一定程度上与硬件一致,基于物理、能够标识具体的链路通信对象、IP 地址
给予逻辑域的划分、不受硬件限制。
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20. IP 数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最大好处是什么?坏处是什
么?
在首部中的错误比在数据中的错误更严重,例如,一个坏的地址可能导致分组被投寄到错
误的主机。许多主机并不检查投递给他们的分组是否确实是要投递给它们,它们假定网络从来
不会把本来是要前往另一主机的分组投递给它们。
数据不参与检验和的计算,因为这样做代价大,上层协议通常也做这种检验工作,从而引
起重复和多余。
因此,这样做可以加快分组的转发,但是数据部分出现差错时不能及早发现。
21. 什么是最大传送单元 MTU?它和 IP 数据报的首部中的哪个字段有关系?
IP 层下面数据链层所限定的帧格式中数据字段的最大长度,与 IP 数据报首部中的总长度字
段有关系。
22. 在因特网中将 IP 数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种
做法,即数据报片通过一个网络就进行一次组装。比较这两种方法的优劣。
在目的地址而不是在中间的路由器进行组装是由于:
(1)路由器处理数据报更简单些;效率高,延迟小。
(2)数据报的各分片可能经过各自的路径。因此在每一个中间的路由器进行组装可能总会
缺少几个数据报片;
(3)也许分组后面还要经过一个网络,它还要给这些数据报片划分成更小的片。如果在中
间的路由器进行组装就可能会组装多次。(为适应路径上不同链路段所能许可的不同分片规模,
可能要重新分片或组装)
23. 一个 3200 位长的 TCP 报文传到 IP 层,加上 160 位的首部后成为数据报。下面的互联网由
两个局域网通过路由器连接起来。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只
有 1200 位。因此数据报在路由器必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少
比特的数据(这里的“数据”当然指的是局域网看见的数据)?
第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有 1200bit,即
每个 IP 数据片的数据部分 < 1200 – 160 = 1040 bit
由于片偏移是以 8 字节即 64 bit 为单位,所以 IP 数据片的数据部分最大不超过 1024 bit
(1024 是小于 1040 的最大的能被 64 整除的数,1040/64 = 16.25,取整得到 16 就是第二片偏移
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