网络层-第一二节：网络层概述及其提供的服务

Posted 2023-03-03 快乐江湖

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文章目录

• 一：网络层概述
• • （1）概述
  • （2）学习内容
• 二：网络层提供的两种服务
• • （1）面向连接的虚电路服务
  • （2）无连接的数据报服务（因特网采用）
• 三：总结

本节对应视频如下

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【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】

一：网络层概述

（1）概述

网络层概述：对于互联网而言，仅实现计算机网络体系结构中的物理层和数据链路层是不能够完成数据包在各网络中传输的任务的，要完成该任务就必须实现网络层。因此网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输

如下图，可以使用网络层互连设备路由器将各网络互连起来

• 注意：为简单起见，下图中的$N_1$,$N_2$,…,$N_7$这些网络可以不用画出，而将他们看成是一条链路即可

要实现网络层，首先要解决以下主要问题

• 网络层应该向传输层提供可靠传输还是不可靠传输服务

  • 不可靠传输服务：对于数据包在传输过程中出现的误码、被丢弃、失序等问题，网络层不采取任何措施
  • 可靠传输服务：对于数据包在传输过程中出现的误码、被丢弃、失序等问题，网络层采取某些措施，并使得接收方能正确接收发送方所发送的数据包

• 网络层寻址问题，例如TCP/IP协议体系的网际层使用IP地址
  

• 网络层路由选择问题，也即路由器收到数据报后应如何转发的问题，主要有两种方式

  • 由用户或网络管理员进行人工配置，只适用于规模较小且网络拓扑不改变的小型互联网
  • 实现各种路由选择协议，由路由器执行路由选择协议中所规定的路由选择算法，而自动得出路由表中的路由记录，适用于规模较大且网络拓扑经常改变的大型互联网
    

（2）学习内容

因特网(Internet) 是目前全世界用户数量最多的互联网，它使用TCP/IP协议栈。由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP,它是整个协议栈的核心协议，因此在TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层。综上所述，我们通过学习TCP/IP协议栈的网际层来学习网络层的理论知识和实践技术

二：网络层提供的两种服务

（1）面向连接的虚电路服务

面向连接的虚电路服务：其核心思想是可靠通信应当由网络自身来保证，当两台计算机进行通信时，必须建立网络层的连接——虚电路（VC, Virtual Vircuit），以保证通信双方所需的一切网络资源，然后双方就沿着已建立的虚电路发送分组

• 注意：虚电路表示这是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发的方式传送，而不是真正建立了一条物理连接；采用电路交换的电话通信则是先建立一条真正的连接

分组的首部仅在连接建立阶段使用完整的目的主机地址，之后每个分组的首部只需要携带一条虚电路编号即可。这种通信方式如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组最终正确到达接收方(无差错按序到达、不丢失、不重复)。通信结束后，需要释放之前所建立的虚电路

很多广域分组交换网都使用面向连接的虚电路服务。例如，曾经的X.25和逐渐过时的帧中继FR、异步传输模式ATM等

（2）无连接的数据报服务（因特网采用）

无连接的数据报服务：其核心思想是可靠通信应当由用户主机来保证，当两台计算机通信时，不需要建立网络层连接。每个分组可以走不同的路径

分组的首部必须携带目的主机的完整地址，当然，这种通信方式所传送的分组可能会出现误码、丢失重复或失序。由于网络本身不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉(与电信网的交换机相比较)

因特网采用了这种设计思想，也就是将复杂的网络处理功能置于因特网的边缘(用户主机和其内部的运输层)，而将相对简单的尽最大努力的分组交付功能置于因特网核心

三：总结

由于TCP/IP体系结构的因特网的网际层提供的是简单灵活。无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，因此本章主要围绕网际层如何传送IP数据报这个主题进行讨论。