CS 168 · DISCUSSION 11 · GUIDED REASONING WORKBOOK
把 CPU、NIC、switch、controller 与 application 的 state ownership 标出来，再回答 offload、SDN、virtualization 与 RDMA 的每个动作。
无需离开 CourseStack：先预测，再在表格、时间线或状态空间里完成推导；卡住时逐层打开提示，最后才展开解释与变式。
已阅读 Spring 2026 worksheet 与 official solution；以下是原创等价练习。官方 IDs 用于 coverage，对精确原题请回到页末 PDF。
对应官方 1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7
Why the official problem exists：检查 kernel bypass、stateless offload、ECN 与 QoS 的收益和可变性边界。
RPC packet 依次经过 app→kernel socket→driver→NIC→switch queue。云服务同时有 latency-sensitive mice 与 bulk elephants。
先预测：segmentation offload 为什么可视为 stateless？
为 checksum/segmentation、TCP retransmission、ECN marking、WFQ 分类填写 state owner、是否跨 packet、修改难度与目标。
stateless 指不依赖前后 packets，不是“不读字段”。
kernel bypass 缩短软件路径并允许定制。
ECN 比 loss 提供显式 congestion bit；QoS 在排队时执行优先级。
segmentation/checksum 可由当前 descriptor/header 完成；retransmission 依赖连接 history。kernel bypass 减少系统调用/协议栈开销但把职责交给用户态。ECN 是显式信号，WFQ 在 contention 时按 class 执行 policy。
性能优化的代价由 state 被移到哪个组件、该组件多容易升级决定。
若 NIC firmware 可热更新，哪些 tradeoff 改变，跨 packet state 的 correctness 风险是否消失？
对应官方 2.1、2.2、2.3、2.4
Why the official problem exists：区分 forwarding abstraction、global state abstraction 与 policy language。
switch S1—S2 link down；switch 只保存 match-action rules，controller 保存 topology view 与 routing application。
先预测：第一条控制面 event 从谁到谁？
| step | state owner | change/output |
|---|---|---|
| detect | switch | ____ |
| update | NOS/controller | ____ |
| compute | routing app | ____ |
| install | switches | ____ |
OpenFlow 只是 forwarding model 的一个接口。
controller view 与 policy specification 是独立 abstractions。
先更新 topology，再计算，再下发。
device 报 link event；NOS 更新 global view；routing app 根据 policy 重算；controller 分发新 match-action rules。OpenFlow 可以承载第一层 abstraction，但不等于完整 SDN。
解耦后每个 transition 有明确 state owner，便于验证与替换。
controller 暂时不可达时，switch 应继续旧 rules、fail closed 还是 local repair？分别写风险。
对应官方 3.1、3.2、3.3、3.4
Why the official problem exists：从一个具体 packet 推导为何 match key 需要 tenant identity。
Tenant Red 与 Blue 都有 VM 10.0.0.7；它们接入同一 software switch S1，目标也各有 10.0.0.8。
先预测：只匹配 dst IP 能否正确转发？
写两条 match-action rules：match(VNI,dst IP)→tunnel endpoint/action；再列 access control、accounting、rate limit 哪些可复用同一 table。
同一个地址在两个 namespace 中不是同一个 endpoint。
封装 metadata 可携带 VNI。
action 可 forward/drop/count/mark。
例如 (Red,10.0.0.8)→tunnel S4；(Blue,10.0.0.8)→tunnel S5。hypervisor switch 或 programmable NIC 可实现。table 也能做 ACL、计数、限速，但 HTTP caching 需要更高层状态。
virtualization 把 tenant identity 加入 lookup key，避免扩大全局唯一地址需求。
VM 迁移时只更新 action；哪些 packets 可能在 rule version 过渡期走旧 tunnel？
对应官方 4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6
Why the official problem exists：检查“绕过 CPU copy”不等于应用无需准备 buffer 或观察完成。
sender app 要把 4KB 写入 receiver buffer；双方 NIC 支持 registered memory、work queue 与 completion queue。
先预测：谁产生 completion queue entry？
| 阶段 | sender | receiver |
|---|---|---|
| prepare | register buffer | ____ |
| start | post pointer/work request | receive work? |
| transfer | NIC DMA | NIC DMA |
| complete | ____ | ____ |
registered memory 让 NIC 获得安全 DMA mapping。
题设的 send/receive queues 都由应用预先投递。
NIC 写 CQE，应用检查 CQ。
双方先 register buffers；sender 向 send queue 放 pointer，receiver 准备 receive buffer/work request；NICs 执行 DMA/网络；NIC 创建 completion entries，应用 poll CQ 得知完成。收益是少 copy/CPU cycles 和低 latency。
RDMA 把 data movement state machine 下沉到 NIC，但 buffer ownership handshake 仍必须明确。
若 receiver 未 post buffer，预测 NIC/queue 的 failure signature 与应用可观察 evidence。
闭卷画一枚 RPC 从 user app 到 NIC、switch queue、远端 registered buffer 的 state ownership；再为 link-down 写完整 SDN recompute path。