网络层的功能¶

异构网络互联¶

异构网络互联（Internetworking）指：用网络层把不同链路层技术的网络（以太网/Wi‑Fi/PPP/…）连接成一个逻辑互联网络。

异构体现在：

• 物理/链路层技术不同（帧格式、MAC、接入方式不同）

• MTU 不同（导致 IPv4 可能分片）

• 带宽/时延/丢包特性不同

网络层通过统一的 IP 编址与转发 把差异“屏蔽”起来：上层只关心“IP 能到达”。

路由与转发¶

• 路由选择（Routing，控制平面）

  • 做什么：运行路由算法/协议（RIP/OSPF/BGP 等），计算到各目的网络的下一跳

  • 产物：路由表（RIB）/转发表（FIB）

  • 特点：相对慢、协议驱动、在拓扑变化时收敛

• 分组转发（Forwarding，数据平面）

  • 做什么：对到来的每个分组做最长前缀匹配查表，决定输出端口/下一跳并转发

  • 特点：相对快、实现常硬件化（ASIC/TCAM）

网络层提供的两种服务¶

虚电路¶

虚电路（Virtual Circuit，VC）是“面向连接”的网络层服务模型（更多用于对比理解）：

• 建立连接：先建立一条逻辑连接/路径（可在沿途保存状态）

• 沿连接转发：后续分组按连接标识转发

• 优点：更容易做资源预留/QoS（理解）

• 代价：网络内部复杂，需要维护连接状态；某节点故障可能影响连接恢复

数据报¶

数据报（Datagram）是 Internet 的主线：IP 提供无连接、尽力而为的数据报服务。

• 每个分组独立选路/转发（无连接）

• 不保证：可靠、按序、时延上界

• “可靠/按序”等通常由 TCP 或应用层机制完成

SDN的基本概念¶

SDN（Software-Defined Networking）在“网络层功能”中常以体系结构对比出现：

• 传统网络：控制平面与数据平面紧耦合（路由器自己跑协议、自己转发）

• SDN：把控制平面逻辑集中/可编程化（控制器），数据平面设备按流表转发

拥塞控制¶

拥塞控制的基本概念¶

拥塞：网络中分组过多 → 排队时延增大、丢包上升、吞吐下降。

与“流量控制”区分（常见混淆点）：

• 流量控制：端到端（发送方别把接收方压垮）

• 拥塞控制：面向网络（别把网络压垮）

拥塞控制的方法¶

按经典划分：

• 开环控制（预防型）

  • 在设计阶段用规则避免拥塞：合理路由、资源规划、准入控制思想（理解即可）

• 闭环控制（反馈/动态型）

  • 运行中检测拥塞并反馈：通过丢包、显式拥塞通知（ECN）等信号让端系统/网络调整