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# 1. 网络层概述
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- 网络层中两个关键功能：
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- 转发：（数据平面）实际传输数据包。纳秒内操作
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- 路由：（控制平面）规划路径。包括传统路由算法（在路由器中实现，计算转发表，第5章）和软件定义网络SDN（服务器集中远程控制，第5章）。毫秒内操作
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# 2. 路由器工作机理
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- 最长前缀匹配：转发表存地址范围到链路接口号的影射。查找给定目标地址的转发表条目时，使用与目标地址匹配的最长地址前缀
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- 交换
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- 经内存交换：数据包复制到系统内存然后再转发，速度受内存带宽限制
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- 经总线交换：数据报通过共享总线从输入端口存储器到输出端口存储器，速度受总线带宽限制
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- 经互连网络交换：连接多处理器，将数据报碎片化为固定长度的单元，通过交换结构交换单元
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<img src="images\路由器交换结构.png" alt="路由器交换结构" style="zoom: 50%;" />
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- 排队：到达速率超过线路速度时进行缓存
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- 输入端口排队：输入缓冲区溢出导致排队延迟和丢失；线路前部(HOL) 阻塞（队列前面的排队数据报阻塞，后面的数据报就堵住了，一个输出端口的阻塞可能导致多个输出端口阻塞）
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- 输出端口排队：可能输出缓存溢出导致丢失
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- 缓存量计算：RTT * 链路容量C（单流或少流适合）；或$\frac{RTT\times C}{\sqrt{N} }$，N为流的数量（适合多流）
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- 调度：先进先出；设置优先级；分类，每个类轮流调度；加权的分类轮流调度
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# 3. IP：互联网协议
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- IP数据包格式
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<img src="images\IP报文结构.png" alt="IP报文结构" style="zoom: 33%;" />
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- 分片：网络链路具有最大可能的链路级帧，所以要将IP数据报分片
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- e.g. 4000B（20B报头+3980B数据）的数据报拆成(20B+1480B)+(20B+1480B)+(20B+1020B)的形式。另外还需要设置offset=字节偏移量/8
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- 子网：具有相同子网部分 IP地址，可以不靠中间路由器物理相互联系
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- 地址表示：a.b.c.d/x，x是子网掩码，表示子网共同的IP有x位
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- 有限广播地址255.255.255.255，该报文会交付给相同子网中的所有主机（常用于DHCP）；定向广播地址：将IP和子网掩码相与计算出网络号，然后子网掩码取反后与网络号或运算，即为广播地址，用于向特定子网内的所有设备发送广播
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- DHCP：动态主机配置协议
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1. 主机加入网络，255.255.255.255广播寻找DHCP服务器
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2. DHCP服务器广播回复该主机，提供一个IP
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3. 主机广播回复DHCP服务器，确认占用该IP
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4. DHCP服务器广播回复主机，同意主机占用该IP
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还会提供第一跳路由器的地址、DNS 服务器的名称和 IP 地址、网络掩码
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- NAT：网络地址转换
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- 传出时：将内网主机的源（内网IP，Port）对外转换为路由器的源（外网IP，新Port）
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- 传入时：将外网主机的目的（路由器外网IP，新Port），转换回内网主机（内网IP，Port）
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- IPv6：IP地址16字节。头部固定长度 40 字节，不允许分片
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# 4. 通用转发和SDN
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- OpenFlow：每个路由器都包含一个流表，该流表由逻辑集中式路由控制器计算和分发
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- 流表：匹配+动作转发表（e.g. 路由器匹配为最长的目标IP前缀，动作为转发链接；交换机匹配目标 MAC地址，动作为转发或洪泛） |