毫秒等于多少秒(10毫秒等于多少秒)

作者|北海以北没有小王

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来源| CSDN博客

路由器概述

先来大致了解一下路由器的大致结构和工作模式。

路由器架构

路由器架构如下:

四个重要组成部分如下:

1.接入端口

将传入物理链路连接到路由器的物理层功能。

一种数据链路层功能，需要与人工链路远端的数据链路层进行交互。

搜索功能应在输入端口完成。

2.开关结构

交换机连接路由器的输入端口和输出端口。

这种交换结构是完全包含在路由器中的，也就是说，它是一个网络路由器中的一个网络！

3.输出端

输出端口存储从交换结构接收的分组。

执行必要的链路层和物理层功能，在输入链路上传输这些数据包。

当链路是双向的(即双向传输流量)时，输出端口通常与链路的输入端口成对出现在同一线路卡(包含一个或多个输入端口的印刷电路，连接到交换机结构)上。

4.路由处理器

执行路由协议

维护路由表和连接的链路状态信息。

计算路由器的转发表

执行网络管理功能。

路由器转发平面是什么？

路由器的输入端口、输出端口和交换结构共同实现这种转发功能，这种转发功能总是由硬件来实现，这种转发功能称为路由器转发平面。

如果在一个线卡上组合n个端口(因为实际中经常这样做)，那么数据报处理流水线必须以n倍的速度运行，这远远快于软件实现的速度。

实现:转发平面硬件可以利用厂商提供的硬件设计或购买的商用硅芯片(如Intel、Broadcom销售的)来实现。

当转发平面以纳秒时间尺度运行时，路由器的控制功能(即执行路由协议和响应在线或离线连接链路)以毫秒或秒时间尺度运行。

这些路由器控制平面通常由软件实现，并在路由处理器(通常是传统CPU)上执行。

进口

输入端口的详细视图:

输入端口的功能:

输入端口的线路终端功能和链路层处理实现了每个输入链路的物理层和链路层。

在这种情况下，路由器使用转发表来查找输出端口，以便可以通过交换结构将到达的数据包转发到输出端口。

出版物的更新和使用

转发表由路由处理器计算和更新，但是转发表的影子副本通常存储在每个输入端口中。

转发表通过独立的总线(例如PCI总线)从路由处理器复制到线路卡。

阴影

使用阴影副本，可以在每个输入端口本地做出转发决定，而无需调用中央路由处理器，从而避免了集中处理的瓶颈。

快速搜索算法

从概念上讲，查找表是简单的，但在实际应用中，查询需要在很短的时间内完成(例如几纳秒)，所以除了硬件设计，对于大型转发表还需要一些简单线性搜索之外的技术(快速查找算法的总结见[Gupta 2001，Ruwo Sanchez 2011])。

同时，要特别注意内存访问时间。

嵌入式片上DRAM

更快的SRAM(用作DR CAN4缓存)内存

三重内容可寻址存储器(TCAM)通常用于搜索。

输出端口阻塞

一旦数据包被查询以确定输出端口，它就可以被发送到交换结构中。

在一些设计中，如果来自其他输入端口的分组正在使用交换结构，则分组被阻塞，并且需要在输入端口排队以等待调度。

输入端口的动作

寻求

通过自己的卷影副本确定数据包输出端口。

最重要的功能

发生物理层和链路层处理。

检查数据包的版本号、校验和以及生存期字段，并重写最后两个字段。

更新用于网络管理的计数器(如收到的IP数据报的数量)。

“匹配加动作”的抽象

注意，在输入端口查找IP地址，然后将数据包发送到交换结构的步骤(“动作”)是“匹配加动作”的更一般的抽象情况。

这种抽象在许多网络设备中实现。

在链路层交换机中，除了将帧发送到交换机结构的输出端口之外，还需要查找链路层目的地址并采取多种措施。

在防火墙中，匹配给定标准(例如源/目的地IP地址和传输层端口号的某种组合)的传入数据包可能会被阻止转发，防火墙是一种过滤所选个人数据包的设备。

在网络地址转换(NAT)中，传输层端口号与给定值匹配的人的数据包在转发前将被重写(动作)。

开关结构

交换结构概述

交换结构位于路由器的核心。

正是通过这种交换结构，分组实际上可以从输入端口交换(即转发)到输出端口。

交换可以通过多种方式进行。

三种交换技术

神话；传奇

通过记忆交换

最简单和最早的路由器是传统的计算机，其中的交换是由CPU完成的。

输入输出端口的作用就像传统操作系统中的1/0设备一样。

从内存输入端口接收数据包，提取报头值，并缓存到相应的输出端口。

一次只能执行一次存储器读写，因此一次只能转发一个数据包。

通过现代存储器交换的路由器

与早期路由器的一个主要区别是，目的地址的查找和将数据包存储(交换)到适当的内存存储位置是由输入线路卡处理的。

在某些方面，内存交换路由器看起来像一个具有共享内存的多处理器，使用线卡将数据包交换(写入)到适当输出端口的内存中。

通过总线交换

输入端口通过共享总线将数据包直接传输到输出端口，无需路由处理器的干预。

交换模式

让输入端口为数据包预先规划一个交换机内部标签(header)，指示本地输出端口，这样数据包就可以在总线上传输，传输到输出端口。

所有输出端口都可以接收数据包，但只有与标签匹配的端口才能保存数据包。

则标签在输出端口被移除，因为它仅在交换机内部被用于穿过总线。

在总线交换的情况下，在路由器中同一时间只能转发一个包，因为每个包将完全占据整个总线。

但是对于运行在小型局域网和公司网络中的路由器，总线交换通常就足够了。

通过互联网交换

通过因特网交换是为了克服单总线和共享总线的带宽限制。

交叉开关是由2N条总线组成的互连网络，连接N个输入端口和N个输出端口。

每条垂直总线在交叉点与每条水平总线交叉，交叉点可以通过交换结构控制器(其逻辑是交换结构本身的一部分)随时打开和关闭。

当一个包到达端口A，需要转发到端口Y时，交换控制器关闭总线A和Y的交叉点，然后端口A在它的总线上发送这个包，这个包只被总线Y接收。

具有不同输出端口的数据包可以同时转发，但是具有相同输出端口的数据包仍然需要等待。

输出端

输出端口处理存储在输出端口中的存储毛巾的分组，并将其发送到输出链路。

何处出现排队队列在哪里？

什么是排队？

只要输入速度大于处理速度，在输入端口和输出端口就可能出现排队。

排队的位置和程度(在输入端口或在输出端口)将取决于业务负载、交换结构的相对速度和线路速度。

什么是丢包？

输出端口排队时，排队的数据包会进入路由器的cache 空中，当cache 空耗尽时会出现丢包。

路由器缓存？

应该设置多少个cache 空房间？

缓冲器的数量(b)应该等于平均往返延迟(RTI，比如250毫秒)乘以链路的容量(c)。

因此，具有250毫秒RTT的10Gbps链路需要的缓存量等于B =RTT * C =2。5Gb。

缓存满了怎么办？

如果没有足够的内存来缓存一个人的数据包，那么必须做出决定:要么丢弃到达的数据包(一种称为drop- tail的策略)，要么删除一个或多个排队的数据包，为新到达的数据包空腾出空间；

这些统称为AQM主动队列管理算法；

早期随机检测。

随机早期检测(RED)算法是研究和实现最广泛的AQM算法之一。

当平均队列长度小于最小阈值min时，新分组被允许进入队列。

当平均队列长度大于最大阈值max时，新的数据包将被标记或丢弃。

当长度在最大值和最小值之间时，会被接受或以一定概率被接受。

数据包调度程序

输出端口排队的结果是输出端口上的分组调度器必须选择这些排队分组中的一个来发送。

最简单的原则:先到先得。

更复杂的原理:加权公平排队(WFQ)

选择路由控制平面

我们已经隐含地假设路由控制平面都驻留并运行在路由器中的路由处理器上。

因此，网络的路由控制平面是分布式的，即不同的部分(如路由算法)在不同的路由器上执行，通过相互发送控制消息进行交互。

新的路由器控制平面架构，其中数据平面与一些控制平面一起在路由器中实现(例如，链路状态的本地测量/报告、转发表的安装和维护)，一些控制平面可以在路由器外部实现(例如，在可以执行路由计算的集中式服务器中)。

一个定义良好的API指定了这两个部分如何相互交互和通信。

这些研究人员认为，将软件控制平面与硬件数据平面(具有最少的路由器驻留控制平面)分离，可以用集中式路由计算取代分布式路由计算，从而简化路由，并通过允许不同的用户定义的控制平面在快速硬件数据平面上运行来实现网络创新。

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