计算机网络自学笔记：网络层概述

在发送方，网络层接收来自传输层的每个报文段，将其封装成一个数据报，然后将数据报向相邻路由器发送。

在接收方主机，其网络层接收来自相邻路由器的数据报，提取出传输层报文段，并将其向上交付给自己的传输层。

路由器的主要作用便是将数据报从输入端口转发到输出端口。

一:转发和选路

网络层的作用从表面上看极为简单，即将分组从一台发送主机移动到一台接收主机。 为此

网络层有两种重要的功能:

转发。网络层的作用从表面上看极为简单，即将分组从一台发送主机移动到一台接收主机。 为此网络层有两种重要的功能:

选路。当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。

计算这些路径的算法被称为选路算法，一个选路算法将决定分组从源主机到目的主机所遵循的路径。

显然转发是指将分组从一个输入链路接口转移到适当的输出链路接口的路由器本地动作。选路是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围内的一个过程。

用一个开车的例子进行类比，在行程中，驾驶员到目的地前经过了途中的许多立交桥。 可以认为转发就像通过单个立交桥的过程。而选路是在出发点到目的地所有路径中选择一条，但是每条路径都由一系列立交桥连接的路段组成，所以一系列进入立交桥、决定应当走哪条路来离开的决策构成了选路。

每台路由器具有一张转发表，就像立交桥上的指示牌。路由器通过检查到达分组首部中的一个目的地地址字段，然后使用该值在转发表中查询来转发一个分组。根据查询结果 将分组将被转发的路由器的链路接口。

显然，路由器中的转发表的配置是一个关键问题，它的重要性在于揭示了选路和转发间的相互作用关系。选路算法决定了该路由器的转发表。选路算法可能是集中式的，也可能是分布式的。路由器通过选路协议(协议实现了选路算法)，配置其转发表。

在本文中，分组交换机指一台通用分组交换设备路由器，它根据 IP 数据报首部字段中的值，从输人链路接口到输出链路接口传送分组。在之后的文章中的分组交换机称为链路层交换机， 它们基于链路层帧头部字段中的值作转发决定。

因此本文使用术语路由器代替分组交换机。

.连接建立

在计算机网络发展过程中，曾经有些网络层体系结构(如 ATM、帧中继)，要求从源到目的地沿着所选择的路径彼此协作，以便在网络层数据分组能够开始流动之前，给定的源到目的地连接之间建立起连接状态。在网络层，这个过程被称为连接建立。但是因特网不需要这样的连接建立过程。

二：网络服务模型

网络服务模型定义网络的发送端系统与接收端系统之间分组的端到端传输特性。

在发送主机中，当传输层向网络层传递一个分组时，能由网络层提供的特定服务包括

•确保交付。该服务确保分组将最终到达其目的地。

•具有时延上限的确保交付。该服务不仅确保分组的交付，而且在特定的主机到主机时延上界内交付。

此外，有些服务能够为给定的源和目的之间的分组流:

•有序分组交付。该服务确保分组以它们被发送的顺序到达目的地。

•确保最小带宽。网络层服务确保发送主机和接收主机之间一个可以达到某个特定速率。

•确保最大时延抖动。该服务确保发送方发送的两个相邻分组之间的时间间隔等于它们到达目的地之间的时间间隔。

•安全性服务。源和目的主机使用密钥，源主机中的网络层能够加密向目的主机发送的所有数据报内容。目的主机中的网络层则负责解密该负载。这种服务能够为源和目的主机之间的所有传输层报文段提供机密性服务。除了机密性以外，网络层还能够提供数据完整性和源鉴别服务。

因特网的网络层提供了单一的服务，称为尽力而为服务(尽量传，但是丢了不管)。

使用尽力而为服务，分组间的时间间隔是得不到保证的，分组接收的顺序也不能保证， 传送的分组也不能保证不会丢失