【网络层设计要点】
网络层是计算机网络中的关键层次，其主要任务是在互联网中的两台主机之间提供逻辑通信。设计时需考虑以下要点：
1. **存储-转发分组交换**：网络层采用分组交换策略，主机发送的分组在经过路由器时会被暂时存储，然后根据分组头部信息和路由表选择最佳路径转发。
2. **向传输层提供的服务**：网络层提供的服务应独立于具体网络技术，并且不暴露网络内部结构，提供统一的网络地址方案。服务类型包括无连接服务和面向连接服务。
- **无连接服务**：如Internet的IP协议，不保证数据传输的可靠性，错误控制和流量控制主要由传输层负责。
- **面向连接服务**：如ATM网络，先建立连接，然后通过虚电路传输数据，确保服务质量。
3. **无连接服务的实现**：数据报方式中，每个分组携带完整的目标地址，独立选择路由。而虚电路方式先建立连接，后续分组只需携带虚电路标识，简化路由处理。
4. **面向连接服务的实现**：虚电路建立后，后续分组沿同一路径传输，通信结束后释放连接。这种方式有利于实现服务质量控制，但对路由器内存和管理要求较高。
【路由算法】
路由算法用于决定数据包如何在网络中传输，理想情况下应具备正确性、简单性、健壮性和稳定性。路由器内部的两个主要进程是转发和路由表更新。路由算法种类多样，例如：
- **距离矢量路由算法**（如RIP，OSPF）：每个路由器根据邻居传递的距离信息更新自己的路由表。
- **链路状态路由算法**（如OSPF）：路由器广播链路状态信息，形成全网拓扑视图，然后使用最短路径优先算法计算路由。
- **边界网关协议BGP**：在互联网中用于AS（自治系统）之间的路由选择，考虑多种因素，如路径长度、策略等。
【拥塞控制算法**
网络层还需要关注拥塞控制，避免网络过载。常见策略包括：
- **随机早期检测RED**：在队列满之前随机丢弃数据包，防止拥塞扩散。
- **加性增减乘性减AIMD**：在拥塞发生时，线性增加慢启动阈值并指数减少拥塞窗口。
【服务质量QoS**
网络层的QoS设计旨在满足不同应用对延迟、带宽、抖动和丢包率的需求。对于实时应用，如语音或视频，可能需要预留资源的虚电路方式；而对于容忍丢失和时延的应用，数据报方式更为灵活。
网络层的设计和实现涉及多个方面，包括分组交换机制、服务模型、路由选择和拥塞控制，以及对服务质量的考量，这些都是构建高效、可靠和可扩展的网络基础设施的基础。
