网络层功能：异构网络互连、路由与转发、SDN、拥塞控制。
4.1 网络层的功能
- 互联网设计思路：网络层要设计得尽量简单，向其上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺。
4.1.1 异构网络互连
- 异构网络：采用不同硬件技术、传输介质、网络协议和网络拓扑的网络。
- 异构网络互联：通过通信处理设备（中继系统）将多个计算机网络相互连接，构成更大的网络系统。
中继系统分类：
| 层次 | 中继系统 |
|---|---|
| 物理层 | 中继器、集线器(Hub) |
| 数据链路层 | 网桥、交换机 |
| 网络层 | 路由器 |
| 网络层以上 | 网关（协议转换） |
- 物理层或数据链路层的中继系统只是扩大网络，不称为网络互联。
- 网络互联特指用路由器进行网络互联和路由选择。
- TCP/IP文献中常将网络层的路由器也称为网关。
TCP/IP的互联方式：
- 采用网际协议IP实现异构网络互连，将互联后的网络视为一个虚拟互连网络（IP网络）。
- 在IP网络层面，物理网络异构性被屏蔽，呈现统一的网络视图。
4.1.2 路由与转发
| 概念 | 含义 |
|---|---|
| 路由 | 选择路径的过程（从源到目的选择最优路径） |
| 转发 | 数据包沿着选定的路径进行传输 |
- 路由器根据路由选择协议构造和维护路由表，并从中生成转发表。
- 实际转发时根据转发表将IP数据报从合适的端口转发出去。
- 讨论中常笼统使用“路由表”一词。
4.1.3 SDN基本概念
SDN（软件定义网络）：一种创新网络架构，采用集中式的控制平面和分布式的数据平面，两者分离，实现网络流量的灵活控制。
SDN体系的四个关键特征：
- 基于流的转发：转发依据运输层、网络层或链路层首部中的多个字段值（不再限于目的IP），实现精细化调度。
- 数据平面与控制平面分离：数据平面仅执行控制器下发的指令；控制平面负责计算、管理并安装流表项，二者通过标准接口通信。
- 网络控制位于数据平面交换机之外：控制层面用软件实现，可能位于远离交换机的机器上。
- 可编程的网络：通过网络控制应用程序，可以灵活控制转发行为（如简单转发、负载均衡、防火墙等）。
SDN组成：
- 数据平面：支持SDN的交换机，执行“匹配+动作”的流表规则。
- 控制平面：
- SDN控制器（最复杂，分为三层）：
- 通信层：通过南向接口（如OpenFlow协议，运行于TCP 6653端口）与受控设备通信。
- 网络范围状态管理层：维护网络中主机、链路、交换机等状态信息。
- 到网络控制应用程序的接口层：通过北向接口与应用程序交互。
- 网络控制应用程序：获取网络状态，监视、编程和控制底层设备。
- SDN控制器（最复杂，分为三层）：
4.1.4 拥塞控制
拥塞：通信子网因传输的分组数量过量，导致网络性能显著下降的现象。
网络状态判断：
- 轻度拥塞：吞吐量增长但显著低于正常水平。
- 拥塞状态：吞吐量随负载增大而下降。
- 死锁状态：吞吐量降为零，网络瘫痪。
拥塞控制目标：防止拥塞发生，并在拥塞时快速恢复。
两类控制方式：
| 方式 | 特点 | 手段 |
|---|---|---|
| 开环控制 | 静态策略，运行前制定，过程中不调整 | 限制新流量接入、设定丢弃规则、优化调度 |
| 闭环控制 | 动态监测，实时反馈调整 | 监测队列长度、分组丢失率等，反馈调整发送速率或路由 |
流量控制 vs 拥塞控制：
| 对比项 | 流量控制 | 拥塞控制 |
|---|---|---|
| 作用范围 | 端到端（接收方） | 全局（网络内部） |
| 目的 | 避免接收方溢出 | 避免网络过载 |
| 本质 | 局部性问题 | 全局性问题 |
习题
网络层的主要功能不包括？
C. 端到端的流量控制（端到端流量控制是传输层的功能）以下属于网络层拥塞控制机制的是？
**B. 源抑制(Source Quench)**（源抑制是ICMP用于拥塞控制的机制）当路由器收到一个IP分组时，它根据（A. 目的IP地址）来决定如何转发该分组。
SDN的核心思想是什么？
B. 将网络控制平面与数据平面分离OpenFlow协议的主要作用是什么？
B. 允许控制器直接与交换机的转发表进行交互
笔记结束