计算机网络复习总结之网络层（一）

最近也准备临近考试月了，抽时间精简总结一下《计算机网络》。这是一篇关于计算机网络的第三层，网络层相关的知识。

在计算机网络的分层中，网络层的作用就是将分组从源主机沿网络路径发到目的主机上，所以网络层里最核心的功能就是：分组转发 和 路由选择。

分组转发和路由选择

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既然我们知道了网络层里最核心的两个功能，那我们有必要逐个了解它们分别是干什么的。

• 分组转发。当一个分组到达路由器输入链路时，需要将该分组转发到相应合适的输出链路上。每一个分组都会带有一个首部，而首部里有转发的标识。路由器根据转发标识，查询路由器内的转发表(forwarding table)，转发表会为分组指出该通往的输出链路。

• 路由选择。当分组开始从源主机发往目的主机，网络层必须决定分组该采用的路由或路径。而路由选择，就是用来提供分组转发时所需要的转发表。

网络层提供的两种服务

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网络层可以为用户提供两种服务，一个是面向连接的服务，另一种则是无连接的服务。我们在现有的计算机网络体系结构中，网络层只能单独提供其中一个服务的，两种服务同时提供是不存在的。

在网络层提供面向连接的计算机网络被称为虚电路网络(virtual-circuit network),而提供无连接的计算机网络则被称为数据报网络(datagram network)。我们首先大致了解一下它们的特点：

虚电路网络

虚电路网络是借鉴电信网的成功例子的，让网络来负责可靠交付。虚电路网络要求两个计算机进行通信时，应当先建立连接，也就是虚电路。然后双方就通过该虚电路发送分组。这样分组无需头部节省开销，信号传输也十分可靠。通信结束后，就释放掉虚电路。但无疑，网络的造价相对会更加昂贵。

数据报网络

因特网的先驱者则坚定认为无连接服务是更适合因特网的网络层的。电信网的提供可靠的传输服务，对于电话这种无智能，没有处理差错能力的设备无疑是非常奏效的。但计算机是可以有很强的差错处理能力的。所以因特网设计时就与电信网完全不一样：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。

在数据报网络里，分组发送时并不需要建立连接，每一个分组都是独立发送的，并且网络层不提供服务质量保证。所以分组在发送过程中，会出现出错、丢失、重复和失序，还有交付期限。而为了保证通信可靠，这些差错处理则交给网络边缘主机——终端，来进行处理。这样网络核心相比之下就简单许多，网络造价大大降低，并且灵活适应性强。这种设计思想称为端到端原则(end-to-end arguments)，到现在也验证了这种设计思路是明智的。

总结两者对比

我们最后归纳一下虚电路网络与数据网络的对比。

对比的方面	虚电路网络	数据报网络
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应当由用户主机保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	建立阶段使用，分组使用虚电路号	每个分组都有终点的完整地址
分组的转发	属于同一条虚电路的分组按照同一路由进行转发	每个分组独立选择路由进行转发
节点故障	所有通过该节点的虚电路都无法工作	会出现丢失分组，路由会相应变化
分组顺序	顺序到达	不一定按照顺序到达
服务质量保证	通信资源提前分配给虚电路，容易实现	很难实现