从这篇文章开始，我们进入了网络层的学习。

网络层的核心功能是网络层，位于传输层和数据链路层之间。网络层的目的是将数据从源通过几个中间节点传输到目的地，从而为传输层提供最基本的端到端数据传输服务。

网络层的任务

为了向传输层提供服务，网络层必须使用数据链路层提供的服务。数据链路层的主要功能是解决两个直接相邻节点之间的通信，但不负责解决数据经过通信子网中多个中转节点时的通信问题。因此，为了实现两个端系统之间数据的透明传输，源端的数据可以通过通信子网中的多个中转节点以最佳路径透明地到达目的端，这样传输层就不必关心网络的拓扑结构、使用的通信介质和交换技术。网络层必须具有以下功能:

分组交换:从传输层接收的分组被封装成分组(也称为“分组”)，然后向下传输到数据链路层。

路由:通过路由算法为数据包选择最合适的路径通过通信子网。

网络复用:为通信子网中节点之间的数据包传输创建逻辑链路，在一条数据链路上复用多个网络连接(多为时分复用)。

错误检测和恢复:一般使用数据包中的报头校验和进行错误检查，使用确认和重传机制进行错误恢复。

服务选择:网络层可以为传输层提供数据报和虚电路服务，但Internet网络层只为传输层提供数据报服务。

网络管理:管理网络中的数据通信过程，试图通过几个中间节点将数据从源传输到目的地，为传输层提供最基本的端到端数据传输服务。

流量控制:采用流量整形技术实现流量控制，防止通信子网性能因流量过大而下降。

拥塞控制:当网络的数据流量超过额定容量时，会导致网络拥塞，导致网络的吞吐能力急剧下降。因此，有必要采取相应的控制措施进行疏通。

网络互联:将一个网络与另一个网络连接起来，实现用户之间的跨网络通信。

分片重组:如果要发送的数据包超过协议数据单元允许的长度，源节点的网络层会对数据包进行分片。碎片到达目的主机后，目的节点的网络层会将其重组为原始数据包。

网络层的功能

数据网和虚电路网我们已经知道，网络层的主要任务是为网络上的不同主机提供通信。它通过路由算法，为数据包选择最合适的路径通过通信子网，实现网络的互联功能。分组交换网络主要包括:

数据报网络

虚拟电路网络

数据网络:没有连接服务的分组交换网络，根据目的主机地址进行路由的网络；他的原理是，源主机每发送一个包，就在包中加上目的主机地址，然后把包推送到网络中。每台路由器都使用其目的地址转发数据包。匹配路由器目的地址时，使用最长前缀匹配规则。路由算法大约每1~5分钟更新一次转发表。在数据报网络中，数据包发送和接收的顺序不一定相同，因此需要对数据包进行重新排序，这通常由传输层来完成。

数据报网络

特点:

双方沟通之前不需要建立连接，所以称为“无连接”。

数据报网络中的每个数据包都是单独处理的。

发送的分组和接收的分组的顺序不一定相同，并且每个分组的路径可以不同。

在分组网络传输过程中，出现丢失或错误，数据报网络本身并不处理。

转发信息需要在转发表中维护，更新频率较慢，一般为1~5min。

使用这种方法的路由器上有两个重要的东西，一个是路由算法，用来确定通过网络的端到端路径；另一个是转发表，决定路由器如何转发数据包。注意，对于转发表来说，目的地址是32位IP地址，所以有几十亿个IP地址。一个路由器不可能维护一个十亿的表，所有的转发表都是按照地址的范围来转发的。

虚电路网络:面向连接的分组交换网络；通信前双方使用虚电路建立连接，通信后再拆除连接。

虚电路(VC):在从源主机到目的主机的路径上建立的网络层逻辑连接。

虚电路网络中的3个阶段:

虚电路建立。

数据传输。

虚电路删除。

虚电路由三个要素组成:

从源主机到目的主机的路径(一系列链路和分组交换机)。

路径上的每条链路都有一个虚电路标识(VCID)。

路径上每个分组交换机的转发表记录了虚电路标识符的连接关系。

虚拟电路网络

就像上图中的通道一样，所有的数据包都会沿着这条线路有序可靠的传输。但是，这条线路上的某个路由器或链路也可以为其他用户服务。比如某条链路可以是A和B之间虚电路的一部分，也可以是C和D之间虚电路的一部分，而不是A和B占用一条完整的通信线路。所以这样的电路叫做虚电路(电信网络中的物理线路被A和B单独占用)，但是逻辑上A和B是通过这条专线进行通信的。事实上，这条线的某些部分也在为其他人工作。虚拟电路网络应用于计算机网络。

数据网络与虚电路网络的比较

数据网络在互联网上取得了巨大的成功。随着人们对互联网上多媒体应用需求的不断增加，人们越来越关注如何通过网络提供更好的服务质量，并再次将目光聚焦在虚电路技术上。互联网底层网络的许多广域分组交换网络(WAPS)都是虚电路网络。

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