路由器原理與設計
李韜
第一講
一、課程介紹
課程關注點：互聯網基礎設施（router switch…）
課件中關於路由器的定義：路由器又稱網關（Q：二者是否等同？），是互聯網基礎設施的最關鍵設備,一般用於連接不同IP網絡
這裏概念定義不準確。首先‘網關’一個大概念，不具體特指一類產品，只要連接兩個不同的網絡的設備都可以叫網關；而‘路由器’一般特指能夠實現路由尋找及轉發功能的特定類產品，顯然路由器能夠實現網關的功能。
另外，電信行業所說的‘路由器’又和家用的‘路由器’兩個概念(電信路由器都是自己有路由表能指導轉發的，而且每個端口都不能在同一個網段；家用路由器實際上是一個帶有三層轉發功能的交換機，主要實現的是DHCP，PPPOE這類的功能)。
關於默認網關，默認網關事實上不是一個產品而是一個網絡層的概念，PC本身不具備路由尋址能力，所以PC要把所有的IP包發送到一個默認的中轉地址上面進行轉發，也就是默認網關。這個網關可以在路由器上，可以在三層交換機上，可以在防火牆上，可以在服務器上，所以和物理的設備無關。
->轉自知乎網關和路由器的區別是什麼？呂小星的回答
ppt示例：互聯網中路由器交換原理（第二次上課抽人講）
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1.路由器與交換機的區別：->詳細可見
2.圖中可以看出：AB屬於同一網段，AB，C，D分別屬於不同網段， 也就是說，AB間的訪問不需要網關，其餘任意之間的訪問均需要通過網關。下面分兩種情形介紹同網段及不同網段間通信流程（下述主機A、B表示網絡中任意兩臺主機，區別於圖中標識）：
主機A、B同網段：根據目標IP，上本機的ARP緩存表中查找有沒有這個IP，如果有，則查找與這個IP對應的MAC地址，然後將MAC地址寫入幀裏面發送出去。如果沒有，則以廣播的形式（目的MAC全F）向本網段內的主機發送請求信息，收到信息的主機會比對自己的MAC，如果是自己的就回應，如果不是就丟棄。找到對應的主機迴應了請求信息後，就會與主機A建立連接，並將主機A和主機B都會將對方的IP與MAC對應的關係加入到本機的ARP表中，然後進行通信。
主機A、B不同網段：主機A在數據包中封裝好自己的IP地址和MAC地址，同時也封裝好目標主機B的IP地址和網關的MAC地址，把數據包從網卡發出去，因爲目標MAC是網關的，所以網關收到這個數據包後，發現目標MAC是自己，而目標IP卻是別人，所以它不可以再往上打開這個數據包，它要做的工作就是把這些數據包發給下一跳路由器（如果網關自身就是一臺路由器的話），如果網關是一臺普通PC，那麼它就發給路由器，讓路由器把這些數據包正確傳輸到遠程目標網絡，到達遠程網絡後，它們的網關再將數據包發給數據包中的目標IP，即源主機A苦苦尋找的目標主機B，從而真正結束不同網絡之間的通信，迴應的數據包也是用同樣的方法到達目的地，在這裏，還需要注意的是，當網關把數據包發給下一跳路由器時，這個數據包必須由網關把目標MAC改成下一跳路由器的MAC地址（通過ARP得到），否則下一跳路由器收到目標MAC不是自己的數據包，會丟棄不予理睬，下一跳路由器再發給下一跳路由器同樣要把目標MAC地址改爲下一跳路由器的MAC地址再發出去。
總結：同網段通信時，數據包中的地址就是源IP，目標IP，源MAC，目標MAC，根本用不到網關，而當檢測到需要把數據包發到遠程網絡時，這時，目標MAC就必須改變了，在還沒有出內網時，目標MAC必須寫成網關的MAC地址發出去，當網關收到時，再把目標MAC地址改成下一跳的MAC地址發出去，同時源MAC地址要始終保持爲發出端口的MAC地址（迴應報文可以依靠它路由回去），而網絡層IP地址始終不變（用於接收方判斷本機IP和數據包目的IP是否一致，若一致不轉發），就算到達了公網上（Q：環路時如何選擇？是通過AS1還是AS2發？），目標MAC仍然在不斷改變着，直到最後，這個數據包到達目標IP的網絡，最終通信結束。->詳細可見
PS:
AR接入路由器 CR核心路由器 S(Switch)交換機 AS（自治系統(Autonomous System)）
三層交換機：具有部分路由器功能的交換機，目的是加快大型局域網內部的數據交換
二、課程內容：
主要針對路由器系統設計，講授並討論路由器的 工作原理、體系結構、核心算法和實現技術等;
對網絡基礎設施(路由器、交換機等)發展涉及的關鍵技術問題進行研討 ;
通過實驗進一步提高對網絡設備原理的理解，鍛鍊動手實踐能力。
選題及實驗方向:
- 路由查表及加速技術
- 數據中心網絡傳輸優化技術
- 集中控制分佈式路由技術
- 可編程網絡數據平面與加速技術
第三週完成選題 第五週提交翻譯論文word版
三、報告：
– 論文內容報告(課程中討論)
– 實驗方案報告or綜述論文(課程中討論，結束時提交)
四、實驗流程：
1. 實現
- 原則上在FAST開源平臺進行軟硬件實現，也可採用模擬仿真或其他方法及平臺進行
- 在github上建立自己的開源項目，提交源代碼和報告(學期末最終提交，課程中滾動版本)
2. 成績評定
- 論文翻譯與PPT報告30%(必須)
- 實驗方案報告ppt報告與文檔 or 綜述論文40%(必 須)
- 實驗實現30%(運行、移植、創新)(可選)