高階計算機網路知識點
題目型別：
判斷20分（10題）
單選20分（10題）
簡答30分（5題）
問答/計算30分（3題）
1. ARPANET的主要設計原則
1.1 最基本目標：連線不同的網路
1.1.1 不同網路連線的需求
（1）無線分組網路介入並使用ARPANET中的計算資源
（2）連線不同型別（傳輸介質）的區域網絡
（3）連線具有不同管理機構的網路
1.1.2 協議設計採用ARPANET中已證明有效的技術
（1）分組交換，而不是電路交換，更加適合遠端登陸應用
（2）基於儲存轉發的閘道器裝置
1.2 二級目標（基於優先順序排列）
（1）在網路和閘道器失效情況下保持通訊的持續性
（2）支援多種型別的通訊服務
（3）支援多種型別的物理網路
（4）允許資源的分散式管理
（5）高性價比
（6）方便地支援主機接入
（7）資源使用是可統計的
1.3 缺少的設計目標
（1）安全性
（2）移動性
（3）可擴充套件性
（4）服務質量保證
2. 知識平面（KP）和知識定義網路（KDN）原理及實現挑戰
2.1 知識平面
（1）分散式認知系統，賦予網路“思維能力”
①分散式組成架構+多尺度全域性視野
②解決網路故障的自動修復、複雜網路的自動配置、深層次安全威脅的發現等問題
（2）技術途徑
通過感測器（sensor）來收集網路狀態資訊，智慧處理，通過執行器（actuator）來改變網路的行為，如更改路由表或者開關鏈路等
（3）侷限性
網路頻寬和計算能力難以支撐進一步研究和發展
2.2 知識定義網路
3. 交換晶片和網路處理器的特點和實現方法的差異
3.1 交換晶片
3.2 網路處理器
4. SDN體系架構的特點，Openflow原理及SDN控制器的主要功能
4.1 SDN體系架構的特點
（1）控制層與轉發層解耦
（2）網路控制的集中化
（3）開放介面，網路可程式設計
4.2 Openflow原理
4.3 SDN控制器主要功能
（1）裝置管理
（2）拓撲管理
（3）事件管理
（4）策略管理
（5）南向介面傳輸
（6）北向介面API
5. 時間敏感網路（TSN）的基本特點和實現挑戰
5.1 實現挑戰
（1）傳送任務的全域性規劃
①分組什麼時候發出，什麼時候進入交換機，什麼時候到達接收端
②類似於編制“全國列車時刻表”
（2）時間觸發的分組交換控制
①時間同步
②預定時間排程輸出
（3）面向業務的故障冗餘控制
5.2 TSN關鍵技術
（1）時間同步技術
（2）確定性分組轉發機制
（3）幀複製與冗餘消除
6. IEEE 1588 PTP協議的工作原理
6.1 PTP協議介紹
IEEE 1588協議，又稱PTP（Precise Time Protocol，精確時間協議），可以達到亞微妙級別時間同步精度。PTP協議中的Delay Request-Response Machanism（延時響應機制）如下圖所示。
圖中所描述的PTP報文為以下幾種：
（1）sync同步報文
（2）Follow_up跟隨報文
（3）Delay_req延遲請求報文
（4）Delay_resp延遲響應報文
6.2 延時響應同步機制的報文收發流程
（1）主時鐘週期性地發出sync報文，並記錄下sync報文離開主時鐘的精確傳送時間t1
（2）主時鐘將精確傳送時間t1封裝到Follow_up報文中，傳送給從時鐘
（3）從時鐘記錄sync報文到達從時鐘的精確到達時間t2
（4）從時鐘傳送Delay_req報文並記錄下精確傳送時間t3
（5）主時鐘記錄下Delay_req報文到達主時鐘的精確時間t4
（6）主時鐘傳送攜帶精確時間戳資訊t4的Delay_resp報文給從時鐘
6.3 時鐘偏差和網路延時計算
offset：時鐘間偏差，主從時鐘之間存在時間偏差，偏離值就是offset，上圖中主從時鐘之間虛線連線時刻，就是兩時鐘時間一致點。
delay：網路延時，報文在網路中傳輸帶來的延遲
從時鐘可以通過t1，t2，t3，t4四個精確時間戳資訊，得到主從時鐘偏差和傳輸延時：
$$
delay = \frac{(t_2-t_1)+(t_4-t_3)}{2} \quad
offset = \frac{(t_2-t_1)-(t_4-t_3)}{2}
$$
7. 以交換機和伺服器為中心的兩類資料中心網路拓撲構造方法
7.1 以交換機為中心
（1）伺服器通過1個埠連線網路
（2）互聯和路由能力完全依靠交換機
（3）Fat-Tree，PortLand，VL2
7.2 以伺服器為中心
（1）伺服器通過多個埠連線網路
（2）伺服器參與分組轉發
（3）DCell，FiConn，BCube，MDCube，CamCube
8. 資料中心網路三類擁塞控制方法（源端控制、接收端控制和集中式控制）特點及典型演算法（DCTCP、NDP和FASTPASS）
8.1 源端控制
（1）反壓
通知前邊的上游路由器減少輸出報文的速率
（2）阻塞點Choke point
①路由器向源傳送的報文，通知它發生擁塞
②類似於ICMP source quench packet
（3）隱式的訊號Implicit signaling
檢測到隱式的訊號，警告擁塞，減小發送速率，如接收到延遲的ACK
（4）顯式的訊號Explicit signaling
路由器正在用塞，可以傳送顯式的訊號，在發給傳送者或接收者的報文中置位
8.2 接收端控制
8.2.1 目標：低延遲高負載的資料中心傳輸機制
①對於短訊息接近硬體極限延遲
②高頻寬利用率
③面向商用網路實際設計
8.2.2 核心思想：有效使用網路優先順序
①接收方動態指派優先順序
②接收方驅動的報文排程
③根據接收方下行鏈路控制超額認購
8.3 集中式控制
9. 兩種QoS模型（區分服務和整合服務）的特點
9.1 整合服務
對於特定的使用者報文流，路由器能夠預留資源，來提供特定的QoS。在IP網路中，未單獨的應用會話提供QoS保證。依賴於資源預留，路由器需要維護分配資源的狀態資訊，並對新的建立請求做出響應。
整合服務模型組成：信令協議（如RSVP）、訪問控制、分類器、報文排程器
整合服務的問題
（1）擴充套件性差
①路由器花費巨大的儲存和處理開銷
②狀態資訊量隨流數目增加而增加
（2）對路由器要求比較高，所有路由器必須實現RSVP，訪問控制、分類和排程
9.2 區分服務
為了解決整合服務狀態管理問題，增強可擴充套件性，提供靈活的服務模型，採用簡單的信令來實現。定義了4類PHB(per-hop behavior)，EF、AF、CS和BE。
邊緣路由器：流量調節（監管、標記、丟棄），SLA協商，根據協商的服務和觀察到的流量設定IP頭中的DS
內部路由器：流量分類和轉發，使用DS作為轉發表的索引。
區分服務功能性元素
（1）報文分類分類器根據報文頭域值選擇報文，將報文分派到合適的標記函式
（2）限速器計算流量級別，與客戶合約/服務級別約定的特徵來比較
（3）標記按照需要將DS值設定為正確的碼，來標記報文
（4）整形整形器監管流量，通過延遲報文的傳送，使得報文不超過類特徵確定的流量速率
（5）丟棄當某類報文的速率超過了類特徵確定的速率，丟棄該報文
（6）逐跳行為PHB定義了類之間效能差異
10. MPLS標籤分配原理及MPLS-TE的處理流程
10.1 多協議標籤交換
在標籤交換路由器LSR網路層路由協議中集成了標籤交換方式，ATM和IP的結合，短的固定長度的標籤帶來高速交換。
10.1.1 組成
（1）轉發等價類FEC
FEC（Forwarding Equivalence Class，轉發等價類）是MPLS中的一個重要概念。MPLS是一種分類轉發技術，它將具有相同特徵（目的地相同或具有相同服務等級等）的報文歸為一類，稱為FEC。屬於相同FEC的報文在MPLS網路中將獲得完全相同的處理。
（2）基於標籤交換的路由器LSR和LER參與LSP建立的高速路由器裝置。LSR（Label Switch Router，標籤交換路由器）是具有標籤分發能力和標籤交換能力的裝置。LER（Label Edge Router，標籤邊緣路由器）位於MPLS網路邊緣，用於連線其他網路的LSR。
（3）標籤交換路徑LSPLSR序列，報文需要跟隨的路徑。屬於同一個FEC的報文在MPLS網路中經過的路徑稱為LSP（Label Switched Path，標籤交換路徑）。LSP是從MPLS網路的入口到出口的一條單向路徑。在一條LSP上，沿資料傳送的方向，相鄰的LSR分別稱為上游LSR和下游LSR。
（4）標籤報文已經編碼寫入標籤的報文
10.1.2 MPLS標籤
（1）短的，固定長度的標識（32bit）
（2）隨每個報文傳送
（3）在相鄰兩個路由器之間本地有效
（4）如果從不同的路由器進入，可以有不同的標籤
LSP的建立過程實際就是將FEC和標籤進行繫結，並將這種繫結通告相鄰LSR，以便在LSR上建立標籤轉發表的過程。LSP既可以通過手工配置的方式靜態建立，也可以利用標籤分發協議動態建立。利用標籤釋出協議動態建立LSP的過程如下圖所示。下游LSR根據目的地址劃分FEC，為特定FEC分配標籤，並將標籤和FEC的繫結關係通告給上游LSR；上游LSR根據該繫結關係建立標籤轉發表項。報文傳輸路徑上的所有LSR都為該FEC建立對應的標籤轉發表項後，就成功地建立了用於轉發屬於該FEC報文的LSP。
標籤釋出就是將為FEC分配的標籤通告給其他LSR。根據標籤釋出條件、標籤釋出順序的不同，LSR通告標籤的方式分為DU（Downstream Unsolicited，下游自主方式）和DoD（Downstream On Demand，下游按需方式）、獨立標籤控制方式（Independent）和有序標籤控制方式（Ordered）幾種。
DU：對於一個特定的FEC，下游LSR自動為該FEC分配標籤，並主動將標籤分發給上游LSR。DoD：對於一個特定的FEC，上游LSR請求下游LSR為該FEC分配標籤，下游LSR收到請求後，為該FEC分配標籤並向上遊LSR通告該標籤。
10.2 MPLS-TE
11. SDN對資料中心網路交換機設計實現的影響
12. 典型資料中心網路虛擬化協議（VEPA，VxLAN）處理流程及特點
12.1 VEPA
VEPA模式是一種簡單修改了VEB功能的模式，如上所示，VEPA元件從VM接收到資料後，首先將資料轉發到上行介面，即外部網路介面上去，如此充分利用外部網路的硬體能力和高階特性。如果是伺服器內部同一VLAN內的VM間通訊，資料也需要先轉發出去，再從網路轉發回伺服器內尋找對應的目的VM。這種方式簡化了伺服器的vSwitch功能，並使VEPA與外部網路的硬體處理結合起來，使內外網路相關聯，內部網路從邏輯上作為外部埠的擴充套件器，看起來似乎是外部網路的功能延伸到了伺服器內，所有VM對應到一個物理的網路埠。這種方式下對廣播/組播的處理相對複雜，資料從網路進入伺服器後，由VEPA部件進行廣播和組播的複製。
特點
（1）虛擬機器流量傳送到鄰接橋
（2）在外部橋之間中間流量
（3）使VM到VM流量給鄰接橋可視
（4）策略不需要分配到VEPA
12.2 VxLAN
12.2.1 VxLAN簡介
（1）支援大量的租戶
①使用24位的識別符號，最多可支援2的24次方（16777216）個VXLAN
②解決了傳統二層網路VLAN資源不足的問題
（2）易於維護
①基於IP網路組建大二層網路，使得網路部署和維護更加容易，並且可以充分地利用現有的IP網路技術，利用等價路由進行負載分擔
②只有IP核心網路的邊緣裝置需要進行VXLAN處理，網路中間裝置只需根據IP頭轉發報文，降低了網路部署的難度和費用
12.2.2 VxLAN基本概念
（1）VXLAN 層疊網
①由VNID標識的L2層廣播域／VXLAN段
②從VTEP到VTEP的擴充套件或者流量隧道
（2）VTEP（VXLAN Tunnel End Point）
①提供典型乙太網幀的封裝和VXLAN報文解封裝
②形成VXLAN段
③VTEP 介面
本地LAN交換機介面：連線本地端節點
3層介面：到其他網路介面
（3）VXLAN Gateway
VTEP,在VXLAN段之間橋接
（4）VxLAN網路識別符號
①VXLAN標準使用一個名為VXLAN網路識別符號（VNI）的24位識別符號，將與應用程式關聯的VLAN分組到一個片段中
②每一個管理域能夠定義多達1600萬個VNI，而每一個VNI可能最多包含4,094個VLAN。客戶資料會保證分離，因為只有執行在同一個VNI的VM可以進行通訊
12.2.3 VxLAN泛洪和學習過程
（1）VNI對映到VTEP組播組
（2）VTEP通過VLAN (VNI) 學習本地MAC
（3）廣播，未知的單播和組播(BUM Traffic)以泛洪的方式傳送到VNI組播組
（4）相同組播組遠端VTEP學習主機MAC、VNI和源VTEP對映關係（泛洪幀主機MAC）（5）到主機MAC的單播報文以VXLAN封裝格式傳送給源VTEP
12.2.4 基於BGP的VxLAN控制
（1）控制平面學習端系統Layer-2和Layer-3可達資訊，並構建健壯的可擴充套件的VXLAN層疊網路
（2）利用成熟的MP-BGP VPN技術，來支援可擴充套件的多租戶的的VXLAN層疊網路
（3）EVPN地址族攜帶Layer-2和Layer-3可達資訊，在VXLAN中提供了一體式橋接和路由
12.2.5 基於BGP的VxLAN控制的優點
（1）通過協議驅動的主機MAC/IP路由釋出和基於本地VTEP的ARP抑制，減少網路泛洪（2）通過分散式任意轉發功能，提供了對於東西向和南北向流量的優化的轉發（3）提供了VTEP對端發現認證機制，減小了VxLAN層疊網路中偽裝VTEP的風險