最近也準(zhǔn)備臨近考試月了，抽時(shí)間精簡(jiǎn)總結(jié)一下《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》。這是一篇關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第三層，網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的知識(shí)。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層中，網(wǎng)絡(luò)層的作用就是將 分組 從源主機(jī)沿網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)到目的主機(jī)上，所以網(wǎng)絡(luò)層里最核心的功能就是： 分組轉(zhuǎn)發(fā) 和 路由選擇 。

分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇

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既然我們知道了網(wǎng)絡(luò)層里最核心的兩個(gè)功能，那我們有必要逐個(gè)了解它們分別是干什么的。

• 分組轉(zhuǎn)發(fā) 。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)路由器輸入鏈路時(shí)，需要將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)合適的輸出鏈路上。每一個(gè)分組都會(huì)帶有一個(gè)首部，而首部里有轉(zhuǎn)發(fā)的標(biāo)識(shí)。路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)，查詢路由器內(nèi)的 轉(zhuǎn)發(fā)表 (forwarding table)，轉(zhuǎn)發(fā)表會(huì)為分組指出該通往的輸出鏈路。

• 路由選擇 。當(dāng)分組開(kāi)始從源主機(jī)發(fā)往目的主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)層必須決定分組該采用的路由或路徑。而路由選擇，就是用來(lái)提供分組轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)發(fā)表。
  

網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)

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網(wǎng)絡(luò)層可以為用戶提供兩種服務(wù)，一個(gè)是面向連接的服務(wù)，另一種則是無(wú)連接的服務(wù)。我們?cè)诂F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層只能單獨(dú)提供其中一個(gè)服務(wù)的，兩種服務(wù)同時(shí)提供是不存在的。

在網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)被稱為 虛電路網(wǎng)絡(luò) (virtual-circuit network),而提供無(wú)連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則被稱為 數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò) (datagram network)。我們首先大致了解一下它們的特點(diǎn)：

虛電路網(wǎng)絡(luò)

虛電路網(wǎng)絡(luò)是借鑒電信網(wǎng)的成功例子的，讓網(wǎng)絡(luò)來(lái)負(fù)責(zé)可靠交付。虛電路網(wǎng)絡(luò)要求兩個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)當(dāng)先建立連接，也就是虛電路。然后雙方就通過(guò)該虛電路發(fā)送分組。這樣分組無(wú)需頭部節(jié)省開(kāi)銷，信號(hào)傳輸也十分可靠。通信結(jié)束后，就釋放掉虛電路。但無(wú)疑，網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)相對(duì)會(huì)更加昂貴。

數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)

因特網(wǎng)的先驅(qū)者則堅(jiān)定認(rèn)為無(wú)連接服務(wù)是更適合因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層的。電信網(wǎng)的提供可靠的傳輸服務(wù)，對(duì)于電話這種無(wú)智能，沒(méi)有處理差錯(cuò)能力的設(shè)備無(wú)疑是非常奏效的。但計(jì)算機(jī)是可以有很強(qiáng)的差錯(cuò)處理能力的。所以因特網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)就與電信網(wǎng)完全不一樣： 網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無(wú)連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù) 。

在數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)里，分組發(fā)送時(shí)并不需要建立連接，每一個(gè)分組都是獨(dú)立發(fā)送的，并且 網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量保證 。所以分組在發(fā)送過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序，還有交付期限。而為了保證通信可靠，這些差錯(cuò)處理則交給網(wǎng)絡(luò)邊緣主機(jī)——終端，來(lái)進(jìn)行處理。這樣網(wǎng)絡(luò)核心相比之下就簡(jiǎn)單許多，網(wǎng)絡(luò)造價(jià)大大降低，并且靈活適應(yīng)性強(qiáng)。這種設(shè)計(jì)思想稱為 端到端原則 (end-to-end arguments)，到現(xiàn)在也驗(yàn)證了這種設(shè)計(jì)思路是明智的。

總結(jié)兩者對(duì)比

我們最后歸納一下虛電路網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比。

對(duì)比的方面	虛電路網(wǎng)絡(luò)	數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)
思路	可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證	可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)保證
連接的建立	必須有	不需要
終點(diǎn)地址	建立階段使用，分組使用虛電路號(hào)	每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址
分組的轉(zhuǎn)發(fā)	屬于同一條虛電路的分組按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)	每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)
節(jié)點(diǎn)故障	所有通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的虛電路都無(wú)法工作	會(huì)出現(xiàn)丟失分組，路由會(huì)相應(yīng)變化
分組順序	順序到達(dá)	不一定按照順序到達(dá)
服務(wù)質(zhì)量保證	通信資源提前分配給虛電路，容易實(shí)現(xiàn)	很難實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)總結(jié)之網(wǎng)絡(luò)層（一）