计算机网络 4-1 网络层（网络层的功能）
【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路由协议；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
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1 网络层的功能
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网络层为传输层提供服务，将传输层的数据封装成“IP数据报”。网络中的路由器根据IP数据报首部中的源IP地址、目的IP地址进行“分组转发”。因此，网络层实现了“主机到主机”的传输
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数据链路层为网络层提供服务，将网络层的IP数据报（分组）封装成帧，传输给下一个相邻结点
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1.1 异构网络互联
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✅网络层的任务之一：使这些异构的网络实现互连。
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网络互连是指将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一些中继系统相互连接起来，以构成更大的网络系统
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✅如何理解“异构”？
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每个网络的拓扑结构不同、物理层&链路层的实现不同、主机类型也各不相同
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重要的设备： 路由器 (Router)
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注：在TCP/IP文献中， 路由器也称为网关 (Gateway)
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当使用物理层或数据链路层的中继系统时，只是把一个网络扩大了，而从网络层的角度看，它仍然是同一个网络，一般并不称为网络互连。
因此，网络互连通常是指用路由器进行网络连接和路由选择。路由器是一台专用计算机，用于在互联网中进行路由选择。
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1.2 路由与转发
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路由（确定哪一条路径）——根据路由选择协议构造并维护路由表
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各个路由器之间相互配合，规划IP数据报 （分组）的最佳转发路径
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注：各个路由器需要运行“路由协议”，最终生成各自的“路由表”
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转发（当一个分组到达时所采取的动作）——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
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一台路由器，根据自己的“转发表”，将收到的IP数据报从合适的接口转发出去
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注：转发表=精简版路由表。更精简的数据结构有助于快速检索
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1.3 拥塞控制
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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。
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拥塞
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原因：网络上出现过量分组，超负荷，引起网络性能下降
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现象：网络上的分组数增加，但吞吐量反而降低
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类比：节假日路上的车辆增多到一定程度时，收费站的吞吐量反而降低
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拥塞控制方法
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开环控制 （静态的方法）
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在部署网络时，就提前设计好预防拥塞的方法。 一旦网络系统开始运行，就不再修改
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闭环控制 （动态的方法）
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动态监视网络状态，及时发现哪里发生拥塞，并将拥塞信息传递给相关路由器 (如：通过ICMP)
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相关路由器及时调整“路由表”
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拥塞控制的作用是确保网络能够承载所达到的流量，这是一个全局性的过程，涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素。单一地增加资源并不能解决拥塞。
与流量控制的区别：流量控制往往是指在发送方和接收方之间的点对点通信量的控制。流量控制所要做的是抑制发送方发送数据的速率，以便使接收方来得及接收。