计算机网络-网络层（网络层功能概述，异构网络互联，路由与转发，SDN基本概念）

1. 网络层功能概述

网络层的主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

网络层传输单位为数据报。

数据报不等于分组，分组可以理解为将数据报切分成多个小部分，每个部分就是一个数据报。

网络层的功能：

1. 实现路由选择和分组转发

2. 异构网络互联。

3. 拥塞控制：若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

   方法：1. 开环控制（静） 2. 闭环控制（动）

2. 异构网络互联

网络互联：指将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一些中间设备（中继系统）相互连接起来，构成更大的网络。

中继系统分为一下4种：

1. 物理层的中继系统：转发器，集线器
2. 数据链路层的中继系统：网桥，交换机
3. 网络层的中继系统：路由器
4. 网络层以上的中继系统：网关

注意：使用物理层的中继系统时，只是将网络扩大了，而从网络层的角度看，它仍是同一个网络。这个不属于网络互联。

网络互联通常指的是使用路由器进行网络互联和路由选择。

TCP/IP体系在网络互联上使用的方法是网络层采用标准化协议，相连的网络可以是不同的，由于参加互联的网络都使用IP协议，因此可以将网路抽象成虚拟的IP网络。

3. 路由与转发

路由器主要完成两个功能：

1. 路由选择：根据特定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期的和相邻的路由器交换路由表（更新数据）

   按照复杂的分布式计算，根据从各相邻路由器得到关于整个网络的拓扑变化，动态的改变所选择的路由。

2. 分组转发：处理通过路由器的数据流，主要负责；查询转发表，转发数据，队列管理和任务调度。

   路由器根据转发表将用户的IP数据报从何时的端口转发出去。

需要注意：路由表和转发表在讨论路由选择时往往不区分。但是转发表实际上是从路由表得出的，路由表是路由选择算法得到的。

4. SDN基本概念

首先路由器的功能：转发+路由选择

数据平面：数据平面对于数据处理过程中各种具体处理转发讨程（转发）（速度快，通常由硬件完成）

控制平面：控制平面用于控制和管理网络协议的运行，比如OSPF协议、RIP协议、BGP协议。（路由选择）（路径长，通常由软件完成）

注意：

• 数据平面：执行的主要功能是根据转发表（路由表通过计算生成）进行转发，这是路由器的本地动作。
• 控制平面：
  • 传统方法/每路由器法：路由选择算法运行在每台路由器中，并且在每台路由器中都包含转发和路由选择两种功能。（路由选择器执行控制平面）
    在一台路由器中的路由选择算法与其他路由器中的路由选择算法通信（通过交换路由选择报文)计算出路由表和转发表。
  • SDN方法：控制平面从路由器物理上分离。路由器仅实现转发，远程控制器计算和分发转发表以供每台路由器所使用。（远程控制器是控制平面，SDN模式下路由选择器负责和远程控制器进行通信，接受转发表项）
    路由器通过交换包含转发表和其他路由选择信息的报文与远程控制器通信。
    因为计算转发并与路由器交互的控制器是用软件实现的，所以网络是“软件定义的"。

SDN控制平面

SDN控制平面分为两部分：

1. SDN控制器（远程控制器）：维护准确的网络状态信息（远程链路、路由器和主机的状态)，为运行在控制平面中的网络控制应用程序提供这些信息(逻辑集中，在多台服务器上实现)。

2. 网络控制应用程序：根据SDN控制器提供的方法，这些应用程序通过这些方法能够监视、编程和控制下面的网络设备（数据平面的路由器）。

SDN控制器由分成三个层次：

1. 对于网络控制应用程序的接口：
   SDN控制器通过"北向接口“（向上的API接口）与网络控制应用程序交互。该API允许网络控制应用程序在状态管理层（第二个层次）之间读写网络状态。

2. 网络范围状态管理层：
   由SDN控制平面作出的最终控制决定，将要求控制器具有有关网络的主机、链路等最新状态信息。可以根据这些信息的基础上实现新型路由选择协议，并通知给通信层执行

3. 通信层:
   SDN控制器与受控网络设备之间的通信(OpenFlow协议)，包含"南向接口”（向下API接口）