從該篇文章開始我們進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層的學(xué)習(xí)

網(wǎng)絡(luò)層的核心功能

網(wǎng)絡(luò)層介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，網(wǎng)絡(luò)層的目的是實現(xiàn)將數(shù)據(jù)從源端經(jīng)過若干個中間節(jié)點(diǎn)傳送到目的端，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)

為了向傳輸層提供服務(wù)，則網(wǎng)絡(luò)層必須要使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)。而數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是負(fù)責(zé)解決兩個直接相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信，但并不負(fù)責(zé)解決數(shù)據(jù)經(jīng)過通信子網(wǎng)中多個轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)時的通信問題，因此，為了實現(xiàn)兩個端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送，讓源端的數(shù)據(jù)能夠以最佳路徑透明地通過通信子網(wǎng)中的多個轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的端，使得傳輸層不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)型以及所使用的通信介質(zhì)和交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層必須具有以下功能：

分組與分組交換：把從傳輸層接收到的報文封裝成分組（Packet，也稱為“包”）再向下傳送到數(shù)據(jù)鏈路層。

路由選擇：通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂健?/p>

網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)用：為分組在通信子網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)之間的傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，在一條數(shù)據(jù)鏈路上復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接（多采取時分復(fù)用技術(shù)）。

差錯檢測與恢復(fù)：一般用分組中的頭部校驗和進(jìn)行差錯校驗，使用確認(rèn)和重傳機(jī)制來進(jìn)行差錯恢復(fù)。

服務(wù)選擇：網(wǎng)絡(luò)層可為傳輸層提供數(shù)據(jù)報和虛電路兩種服務(wù)，但 Internet的網(wǎng)絡(luò)層僅為傳輸層提供數(shù)據(jù)報一種服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)管理：管理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信過程，將數(shù)據(jù)設(shè)法從源端經(jīng)過若干個中間節(jié)點(diǎn)傳送到目的端，為傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。

流量控制：通過流量整形技術(shù)來實現(xiàn)流量控制，以防止通信量過大造成通信子網(wǎng)的性能下降。

擁塞控制：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量超過額定容量時，將會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞，致使網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力急劇下降。因此需要采用適當(dāng)?shù)目刂拼胧﹣磉M(jìn)行疏導(dǎo)。

網(wǎng)絡(luò)互連：把一個網(wǎng)絡(luò)與另一個網(wǎng)絡(luò)互相連接起來，在用戶之間實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的通信。

分片與重組：如果要發(fā)送的分組超過了協(xié)議數(shù)據(jù)單元允許的長度，則源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層就要對該分組進(jìn)行分片，分片到達(dá)目的主機(jī)之后,有目的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層再重新組裝成原分組。

網(wǎng)絡(luò)層的功能

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)與虛電路網(wǎng)絡(luò)

我們已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是為網(wǎng)絡(luò)上的不同主機(jī)提供通信。它通過路由選擇算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑詫崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連功能。分組交換網(wǎng)絡(luò)主要有：

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

虛電路網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)：無連接服務(wù)的分組交換網(wǎng)絡(luò)，按照目的主機(jī)地址進(jìn)行路由選擇的網(wǎng)絡(luò)；他的原理是源主機(jī)每發(fā)送一個分組，就為該分組加上目的主機(jī)地址，然后將該分組推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。每個路由器使用一個分組的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)該分組。路由器匹配目的地址時，使用最長前綴匹配規(guī)則。轉(zhuǎn)發(fā)表大概每1~5分鐘由路由算法更新一次。在數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送的分組和接收的分組次序不一定相同，需要對分組重新進(jìn)行排序，這個任務(wù)通常由傳輸層來完成。

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

特點(diǎn)：

在雙方通信前，不需要先建立連接，因此稱“無連接”。

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)中每個分組被單獨(dú)處理。

發(fā)送的分組和接收的分組次序不一定相同，每個分組被傳送的路徑也可能不一致。

分組在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)了丟失或者差錯，數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)本身也不做處理

需要在轉(zhuǎn)發(fā)表中維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)信息，更新頻率慢，通常 1~5min

采用該方式的路由器上，有兩個重要的東西，一個是路由算法，用來確定通過網(wǎng)絡(luò)的端到端路徑；另一個是轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)表確定了本路由器如何轉(zhuǎn)發(fā)分組。需要注意的是對于轉(zhuǎn)發(fā)表，目的地址是32位的IP地址，那么就有幾十億個IP地址，一個路由器不可能維護(hù)一個幾十億的表，所有轉(zhuǎn)發(fā)表是按照地址的范圍轉(zhuǎn)發(fā)的。

虛電路網(wǎng)絡(luò)：面向連接的分組交換網(wǎng)絡(luò)；雙方通信前先使用虛擬電路建立連接，通信結(jié)束后再拆除連接。

虛電路（virtual circuit，VC）：源主機(jī)到目的主機(jī)的一條路徑上建立的一 條網(wǎng)絡(luò)層邏輯連接。

虛電路網(wǎng)絡(luò)中的3個階段：

虛電路建立。

數(shù)據(jù)傳送。

虛電路刪除。

一條虛電路由3個要素構(gòu)成：

從源主機(jī)到目的主機(jī)之間的一條路徑（一系列的鏈路和分組交換機(jī)）。

路徑上的每條鏈路各有一個虛電路標(biāo)識（VCID）。

該路徑上每臺分組交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)表中記錄虛電路標(biāo)識的接續(xù)關(guān)系

虛電路網(wǎng)絡(luò)

如上述圖片中的通道，所有的分組都將沿著這條線路有序可靠地傳輸。但是這個線路上的某個路由器或者鏈路也可以為其他用戶進(jìn)行服務(wù)，比如某一段鏈路可以是A和B之間虛擬電路的一部分同時又是C和D虛擬電路的一部分，并不是A和B專門占用一條完整的通信線路，所以這樣的電路稱為虛擬電路（電信網(wǎng)中的物理線路是被A和B單獨(dú)占用的），只是邏輯上看去A和B通過該專用線路進(jìn)行通信，事實上是該線路的某一部分也在為別人工作。虛擬電路網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)與虛電路網(wǎng)絡(luò)對比

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)在因特網(wǎng)上取得了巨大的成功，隨著因特網(wǎng)的多媒體應(yīng)用需求越來越廣，人們越來越關(guān)注如何讓網(wǎng)絡(luò)提供更好的服務(wù)質(zhì)量，并且再次把目光投向了虛擬電路技術(shù)。因特網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)的很多廣域分組交換網(wǎng)采用的都是虛電路網(wǎng)絡(luò)。