计算机网络：网络层的基本概念

Posted 2021-06-12 Zeker62

网络层的功能

网络层实现不一样的各种网络的互联
其中：

• 网络层采用分组交换技术
• 网络层应当使用统一的编址方式。
• 路由器使用存储转发机制实现异构网络的互联
• 网络层十分关注分组从一个网络到达另一个网络的选路问题。

网络层服务

• 分组：网络层的首要责任一定是分组。在源端将负载（即上层接受的数据）封装进网络层分组并且在目的端从网络层分组中解封负载。即从源端口向目的端口携带数据而不该变或者使用它。源端不能改变负载的内容，除非负载过大不能传递才需要分段。如果被分段，网络层会等待所有分段到达，并且重组分组传递到上层协议。其中，路由器只能检查地址，不能改变分组。

最大传输单元（MTU）为1500字节。分组超过这个数据量就有可能分段。

• 路由：与第一责任同等重要。网络层负责将分组从源端到目的端。负责寻找最佳的路由。
• 转发：在路由器中完成，有一个路由表，可以显示分组到达路由器的哪些接口。
• 差错控制：IMCP协议来进行差错控制。
• 流量控制：规定了源端可以发送但是不会淹没接收方的数据量
• 拥塞控制：拥塞就丢包
• 服务质量：待论。
• 安全：待论。

资源子网和通信子网

资源子网：

• 负责全网的数据处理服务，向网络用户提供各种网络资源与服务。
• 传输层应用层属于资源子网，关注端到端的通信。

通信子网：

• 完成网络数据传输转发等通信处理任务。
• 网络层、数据链路层、物理层都属于通信子网，负责网络通信转发。

分组交换

**交换（switching）**毫无疑问是发生在网络层。事实上，路由器是一个创建了输入端口和输出端口（或者一组输出端口）连接的交换机，就像将输入连接到输出让电流流动的开关。

数据通信交换技术分为：

• 电路交换：绝大多数用于物理层。
• 分组交换：但是网络层只用分组交换。因为这一层的数据单位是分组。

上层的报文段被分割成可管理的分组，每个分组被从网络中发送。
报文源端一个一个发送报文，报文目的端一个一个接受分组。
目的端在将报文传递到上层之前，等待所有同属于一个报文的分组到达。
分组交换网络的连接装置仍然需要决定如何将分组路由到最终的目的端。

如今分组交换网络有以下两个方法：

• 数据报方法（datagram approach）:无连接不可靠的网络
• 虚电路方法 (virtual circuit approach)：面向连接可靠的网络

数据报网络：

• 在网络层没有建立连接的过程（无连接的服务）
• 路由器不维护端到端的连接状态。网络层只负责将分组从源端传递到目的端，报文中的分组可能也不会通过一条通向目的端的路径。
• 一般分组使用目标主机的IP地址进行路由选择。
• 同样的手法双方的不同分组可能经由的路径可能不同。

在数据报网络中，转发决策基于分组的目的地址

虚电路网络：

• 发送分组之前会建立一条虚拟的电路（永久PVC、临时SVC）
• 每个分组携带有标签，即虚电路的ID（流标号），由标签来确定下一跳。
• 在连接建立阶段确定固定的路由，全部数据通过一条路传递。
• 路由为每个正在通信中的连接维持状态。

在虚电路方法中，转发决策基于分组的标签

注意:虚电路仍然是分组交换，在链路资源空闲的时候依然可以供给其他资源使用。

虚电路服务与数据报服务之间的对比

在当代互联网中，依然使用的是数据报服务。即网络层不提供服务质量的承诺。

Qos（quality of service）的概念

Qos服务质量是指允许用户在带宽、延迟、抖动（延迟变化的程度）、可靠性（丢包率）等方面获得可预期的服务水平的一系列技术的集合。

显然数据报网络更不容易实现Qos

因特网的选择

前面说道，因特网选择的是数据报的服务。

• 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
• 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。
• 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限
• 因特网特点：灵活，适应性强，网络成本相对低。

ATM网络的选择

• ATM（Asynchronous Transfer Mode异步传输模式）网络选择虚电路方式
  以信元（固定53Byte)为单位转发数据，提供面向连接可靠传输服务。
• 提供高质量高带宽服务。
• ATM网络体系结构被称为神作，却因为其过于复杂，成本过高而逐渐消失。