王道学习
考纲内容
（一）网络层的功能
异构网络互连；路由与转发；SDN基本概念；拥塞控制
（二）路由算法
静态路由与动态路由；距离-向量路由算法；链路状态路由算法；层次路由
（三）IPv4
IPv4分组；IPv4地址与NAT；子网划分与子网掩码、CIDR、路由聚合、ARP、DHCP与ICMP
（四）IPv6
IPv6的主要特点：IPv6地址
（五）路由协议
自治系统；域内路由与域间路由；RIP路由协议；OSPF协议；BGP路由协议
（六）IP多播
多播的概念；IP多播地址
（七）移动IP
移动IP的概念；移动IP通信过程
（八）网络层设备
路由器的组成和功能；路由表与路由转发
复习提示
本章是历年考查的重中之重，尤其是结合第3章、第5章、第6章出综合题的概率很大。其中IPv4和路由的相关知识点是核心，历年真题都有涉及，因此必须牢固掌握其原理，还要多做题，以便灵活应用。本章的其他知识点，如IP多播、移动IP、IPv6也要有所了解。
4.1 网络层的功能
网络层提供主机到主机的通信服务，主要任务是将分组从源主机经过多个网络和多段链路传输到目的主机。该任务可划分为分组转发和路由选择两种重要功能。
OSI参考模型曾主张在网络层使用面向连接的虚电路服务，认为应该由网络自身来保证通信的可靠性。而TCP/IP体系的网络层提供的是无连接的数据报服务，其核心思想是应由用户主机来保证通信的可靠性。虚电路和数据报服务已在2.1节中介绍。
在互联网采用的TCP/IP体系结构中，网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。也就是说，所传送的分组可能出错、丢失、重复、失序或超时，这就使得网络中的路由器比较简单，而且价格低廉。通信的可靠性可以由更高层的传输层来负责。采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多中应用。互联网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思想的正确性。
4.1.1 异构网络互联
4.1.2 路由与转发
路由器主要完成两个功能：一是路由选择(确定哪一条路径)，二是分组转发(当一个分组到达时所采取的动作)。前者是根据特定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。后者处理通过路由器的数据流，关键操作是转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度等。
1）路由选择。根据路由协议构造路由表，同时经常或定期地与相邻路由器交换信息，获取网络最新拓扑，动态更新维护路由表，以决定分组到达目的地结点的最优路径。
2）分组转发。指路由器根据转发表将分组从合适的端口转发出去。
路由表是根据路由选择算法得出的，而转发表是从路由表得出的。转发表的结构应当使查找过程最优化，路由表则需要最优化网络拓扑变化的计算。在讨论路由选择的原理时，往往不区分转发表和路由表，而是笼统地使用路由表一词。
4.1.3 网络层提供的两种服务
分组交换网根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可进一步分为面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。这两种服务方式都是由网络层提供的。
1、虚电路
2、数据报
4.1.4 SDN的基本概念
网络层的主要任务是转发和路由选择。可以将网络层抽象地划分为数据平面(也称转发层面)和控制平面，转发是数据平面实现的功能，而路由选择是控制平面实现的功能。
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是今年流行的一种创新网络架构，它采用集中式的控制平面和分布式的数据平面，两个平面相互分离，控制平面利用控制-数据接口对数据平面上的路由器进行集中式控制，方便软件来控制网络。传统网络中的路由器既有转发表又有路由选择软件，即既有数据平面又有控制平面。但是在图4.4所示的SDN结构中，路由器都变得简单了，它的路由选择软件都不需要了，因此路由器之间不再相互交换路由信息。在网络的控制平面有一个远程控制器(可由多个服务器组成)。远程控制器掌握各主机和整个网络的状态，为每个分组计算出最佳路由，通过Openflow协议(或其他途径)将转发表(在SDN中称为流表)下发给路由器。路由器的工作很单纯，即收到分组、查找转发表、转发分组。
4.1.3 拥塞控制
因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。判断网络是否进入拥塞状态的方法是，观察网络的吞吐量与网络负载的关系：若随着网络负载的增加，网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量，则网络就可能已进入轻度拥塞状态；若网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降，则网络就可能已进入拥塞状态。拥塞控制主要解决的问题是如何获取网络中发生拥塞的信息，从而利用这些信息进行控制，以避免因拥塞而出现分组的丢失。
4.1.4 本节习题精选
