408 计算机网络知识点记忆（6）

news2025/4/18 18:19:44

前言

本文基于王道考研课程与湖科大计算机网络课程教学内容，系统梳理核心知识记忆点和框架，既为个人复习沉淀思考，亦希望能与同行者互助共进。（PS：后续将持续迭代优化细节）

往期内容

408 计算机网络知识点记忆（1）

408 计算机网络知识点记忆（2）

408 计算机网络知识点记忆（3）

408 计算机网络知识点记忆（4）

408 计算机网络知识点记忆（5）

核心知识记忆点

物理层中继系统：转发器集线器
数据链路层中继系统：网桥交换机
网络层中继系统：路由器
网络层以上：网关

路由选择处理机根据路由选择协议构建转发表进而进一步路由转发

面向连接的虚电路服务（呼叫请求呼叫应答）区别于电路交换的电话通信（物理上实际连接） “虚”：这条电路不是专用的

数据报无连接

路由器功能：转发+路由选择
路由器之间传送的消息：主机间的分组+路由信息

SDN核心思想：把网络控制、数据层面分离让控制层面利用软件控制数据层面设备

before		after SDN
路由算法	控制层面	逻辑上集中的远程控制器	路由选择负载均衡接入控制etc
↓	控制	↓ ↓	北向API
路由表	控制	↓ ↓	SDN控制器（网络操作系统）
↓	Openflow协议	↓ ↓
转发表	数据层面	转发表转发表	南向API 分组交换机

远程控制器（物理上可由不同地点的多个服务器组成）：掌握网络状态计算最佳路由生成转发表（直接访问控制物理设备）

流表（取代转发表，流是分组序列，共享分组首部某些字段）：”匹配“+”动作“
SDN广义转发：
”匹配“ 对网络体系各层首部字段匹配，
”动作” 转发分组负载均衡重写IP首部（类似NAT）阻挡或丢弃一些分组（类似防火墙）

SDN四个关键特征：
1 基于流的转发
2 数据层面与控制层面分离
3 位于数据层面分组交换机之外的网络控制功能
4 可编程的网络

IPV4分组首部前一部分长度固定20B

0 4 8 16 19 24
版本首部长度区分服务总长度
标识标志片偏移
生存时间协议首部检验和
源地址
目的地址
可变部分（40）可选字段（长度可变）填充（全0）

数据载荷长度=总长度-首部长度*4

以太网MTU=1500B
广域网MTU=576B

0 1 2 3 8 16 24 32
A类 1-126 0 网络号主机号
B类 128-191 1 0 网络号主机号
C类 192-223 1 1 0 网络号主机号
D类 224-239 1 1 1 0 多播地址
E类 240-255 1 1 1 1 保留今后使用

主机号全0表示本网络
主机号全1表示广播地址 /直接广播地址
127.x.x.x 环回测试
0.0.0.0 表示本网络上本主机（eg DHCP）
255.255.255.255 受限广播地址只在本网络上广播

IP地址需求：主机地址+路由器接口地址+网络地址+广播地址

网络地址转换NAT
私有IP地址块专用地址
10.0.0.0-10.255.255.255 相当于一个A类网络
172.16.0.0-172.31.255.255 相当于16个B类网络
192.168.0.0-192.168.255.255 相当于256个C类网络

NAT转换表 {本地IP地址：端口}----{全球IP地址：端口}

划分子网与路由聚合网络号子网号主机号
子网掩码判定目的主机是否也在子网中
默认网关指定的路由器转发
默认子网掩码为划分子网下使用的子网掩码（A、B、C、D类网络）
默认路由

无分类编址 CIDR 网络前缀主机号斜线记法（CIDR记法）

路由聚合（构造超网）最长前缀匹配（最佳匹配）共同前缀
CIDR查找路由表存在在一种层次性的数据结构（通常采用二叉线索），自上而下按层次查找

IP首部数据报中的目的IP地址：若找到匹配的路由条目，则按指示转发，否则丢弃并向源主机报告差错

结语

网络层作为互联网的“导航中枢”，以路由与转发的精密协作，架起了全球互联的智能桥梁。从物理层的集线器到网络层的路由器，从传统转发表的静态规则到SDN的流表可编程，技术的每一次跃迁都在重塑数据的航向。IPv4分组的严谨结构、子网掩码的灵活划分、CIDR的高效聚合，无不彰显着“有限地址资源，无限连接可能”的设计智慧；而NAT的地址转换艺术、路由聚合的最长前缀匹配，则是应对规模扩张与资源枯竭的经典答案。

在虚电路与数据报的路径抉择中，我们领悟到“连接”与“自由”的辩证统一；在SDN控制面与数据面的分离中，我们窥见了软件定义未来的无限潜能。无论是传统路由器的逐跳决策，还是SDN控制器的全局调度，目标始终如一：让每个分组以最优路径抵达终点，让网络资源在动态负载中保持平衡。