网络层功能与技术详解（上）：SDN与IPv4

资源摘要信息:"计算机网络第四章网络层（上）" 知识点一：网络层功能概述 网络层是计算机网络体系结构中的核心部分之一，它的主要功能是实现主机之间的逻辑通信。网络层负责将数据包从源主机传输到目的主机，可能经过多个网络。这一层的主要功能包括路由选择、流量控制、拥塞控制、分段和组装等。在这一部分，通常会讨论网络层的结构、分组转发、路由协议等核心概念。 知识点二：SDN的基本概念 SDN（Software Defined Networking）即软件定义网络，是一种新型的网络架构。SDN将网络控制层从数据转发硬件中分离出来，实现了控制平面与数据平面的分离。这种分离允许网络管理员通过编程方式控制网络行为，从而更加灵活高效地管理网络资源。SDN的核心思想是通过控制器实现集中控制，利用南向接口（如OpenFlow）与网络设备交互，同时采用北向API与应用层通信。 知识点三：IPv4地址 IPv4地址是互联网协议版本4中使用的地址，用于标识网络中的设备。IPv4地址是一个32位的数字，通常以点分十进制表示。IPv4地址分为五类：A类至E类，其中A类至C类用于普通主机，D类用于多播，E类为实验用途。IPv4地址的耗尽催生了IPv6的发展，IPv6使用128位地址，以解决地址空间不足的问题。 知识点四：IP数据报分片 IP数据报分片是网络层的一个重要功能，因为在不同的网络中，数据链路层支持的帧大小（MTU）可能不同。当IP数据报的长度超过了下一站链路的MTU时，需要将其分片。分片的数据报在到达目的地后会被重新组装。分片和组装是网络层向上层提供的透明服务，应用层并不感知这一过程。 知识点五：子网划分和子网掩码 随着互联网的迅速发展，对IP地址的管理提出了更高的要求。子网划分是将一个较大的IP网络划分成若干个较小的、逻辑上独立的部分的技术。子网掩码是用来标识IP地址中的网络部分和主机部分的一种技术手段。通过子网掩码，我们可以确定一个IP地址属于哪一个子网，这对于路由器正确地转发数据包至关重要。 知识点六：网络地址转换NAT 网络地址转换（NAT）是一种在IP网络中，将私有IP地址转换为公有IP地址的技术。这种机制允许多个设备共享同一个公网IP地址，从而有效地解决了IP地址不足的问题。NAT可以实现网络安全、减少对全局地址空间的需求，并且让内部网络结构对外界不可见，增强了网络的安全性。 知识点七：IP数据报格式 IP数据报是网络层的传输单位，它包括了IP头部和数据（有效载荷）。IP数据报头部包含了版本、头部长度、服务类型、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议、头部校验和、源IP地址、目的IP地址等字段。IP头部的设计对保证数据包能够正确、高效地在网络中传输起到了关键作用。 在这一章节中，以上知识点构成了网络层的基本框架，每个知识点都是理解和构建计算机网络不可或缺的组成部分。学习者通过掌握这些知识点，将能够更好地理解网络层的工作原理和各种技术细节。