网络层：数据平面

目标

理解网络服务的基本原理
网络服务模型
转发和路由
路由器工作原理
通用转发
网络层协议的实例

网络层服务

  1. 在发送主机和接收主机对之间传送段
  2. 在发送端，将段封装到数据报中
  3. 在接收端，将段上交给传输层实体
  4. 网络层协议存在于每一个主机和路由器
  5. 路由器检查每一个经过它的IP数据报的头部

路由器组成

IP

IP分片和重组
IP编址
子网：IP地址高位部分相同，无需路由器介入。
IP地址分类：A类（126 networks, 16million hosts），B类，C类（大部分）
127.x.x.x 表示回路地址：自上而下到达IP层再反转回去
DHCP协议：动态从服务器获取IP地址

通用转发和SDN

每个路由器都有控制平面和数据平面，分布化实现，用路由表粘连控制平面和数据平面（控制平面控制路由表，数据平面利用路由表信息进行转发）
SDN特点：1）基于流的匹配+行动；2）控制平面和数据平面分离；3）控制平面功能在数据交换设备之外实现；4）可编程控制应用。
SDN架构：（自下而上） 数据平面交换机（基于南向API，SDN控制器访问基于流的交换机)，SDN控制器（通过北向API和控制应用交互，通过南向API和网络交换机交互；逻辑上集中，实现上分布），控制应用（采用下层SDN控制器提供的API，实现网络功能，e.g.防火墙、接入控制、负载均衡）。
南向接口：SDN控制器（软件层面）与网络设备（硬件层面）之间的通信接口。e.g.OpenFlow
北向接口：提供给其他厂家或运营商进行接入和管理的接口，即向上提供的接口。
通用流表的组成：模式，行动，优先权，计数器
转发表和流表是怎样计算出来的：通过控制平面

网络层：控制平面

目标

传统路由选择算法
SDN控制器
ICMP
网络管理

路由选择算法

路由：按照某种指标（站数、延迟、费用、队列长度）找到一条从源节点到目标节点的较好路径
路由器之间的最优路径=主机对之间的最优路径
路由选择算法就是为所有路由路由器找到并使用汇集树。
路由选择算法的原则：正确性，简单性（不应为获取路由信息而增加通信量），健壮性（能适应通信量和网络拓扑变化），稳定性，公平性，最优性。
链路状态算法 link state
步骤：1）获得整个网络拓扑和边的代价信息（我的链路状态分组在全网泛洪）；2）计算本站点到其它站点的最优路径（Dijkstra算法，可以找例题！复杂度O(n^2)，堆优化后是O(nlogn)），得到路由表；3）按此路由表转发分组。
e.g.OSPF，IS-IS
距离矢量算法 distance vector
思想：各路由器维护一张到目标的路由表；各路由器与相邻路由器交换路由表；根据获得的路由信息更新路由表。（最后让各个节点收敛到一个真实状态）
特点：好消息传得快，坏消息传的慢（无穷计算->水平分裂算法：减少影响，不能杜绝发生）。

比较：
（1）消息复杂度：DV胜出
（2）收敛时间：LS胜出
（3）健壮性：LS胜出

因特网中自治系统内部的路由器选择

路由分为内部网关协议和外部网关协议。
内部网关协议有RIP协议和OSPF协议。
RIP(routing information protocal)协议基于DV算法。
OSPF(open shortest path first)协议基于LS算法。特性：安全，允许多个代价相同的路径存在，有多重代价矩阵。

ISP之间的路由选择

（自治区之间的路由选择协议，外部网关协议）
BGP协议：边界网关协议。将互联网各个自治系统(AS)粘在一起的胶水。
使用TCP协议交换BGP报文。（只要了解什么是层次性路由，为什么要用层次性路由）
层次路由的优点：解决了规模问题，解决了管理问题。
热土豆策略：选择具备最小内部区域代价的网关作为出口，不考虑代价。

SDN控制平面

传统方式：per-router控制平面
SDN方式：逻辑上的集中控制平面（2005年后，详见上）
为什么需要逻辑上的集中控制平面：管理更容易，允许可编程的路由器，控制平面的开放实现
传统方式实现流量工程困难，用SDN方式容易。
SDN控制器的实现：ODL,ONOS

ICMP 因特网控制报文协议

网络管理和SNMP