【计算计网络】网络层概述

概述

转发和路由选择

网络层的作用是将分组从从一台发送主机移动到一台接收主机。为实现这个操作，需要两个重要的功能。
即①转发  ②路由选择

• 转发
  当一个分组到达路由器的一条输入链路时，路由器必须将该分组移动到合适的输出链路。

• 路由选择
  当分组熊发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采取的路由或路径。计算这些路径的算法被称为路由选择算法（routing algorithm）。

• 二者的一些区别
  转发涉及的是分组在单一的路由器中从一条输入链路到输出链路的传送。
  
  路由选择涉及一个网络中所有的路由器，它们经过路由选择协会共同交互，以决定分组从源到目的地结点所采取的路径。

  每台路由器都有一张转发表（forwarding table）。路由器通过检查到达分组的首部字段的值，用该值在路由器的转发表中索引查询找到输出链路接口，来转发分组。

  路由选择算法决定了插入路由器转发表中的值。路由选择算法可能是集中式的也可能是分布式的。不论何种方式，都是路由器接收路由选择协议报文并用该报文配置转发表。

术语

  约定术语分组交换机是指一台通用分组交换机，它根据分组首部字段中的值，从输入链路接口道输出链路接口转移分组。某些分组交换机被成为链路层交换机（link-layer switches），是基于链路层帧中的字段的值做转发决定。其他分组交换机称为路由器（router）,基于网络层数据报中的字段的值做转发决定。

连接建立

  网络层有两个重要的功能即转发和路由选择。但是在某些计算机网络中，还有第三种重要的网络功能，即建立连接（connection setup）。
  某些网络体系结构ATM、帧中继、MPLS，要求从源到目的地沿着所选择的路径彼此握手，以便在给定源到目的地连接中的网络层数据分组能够开始流动之前建立起连接状态。

### 网络服务模型 >网络服务模型（network service model）定义了分组在发送端与接收端系统之间的端到端的运输特性。

考虑网络层能够提供的某些服务。在发送主机中，当运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。这个服务确保分组最终将到达目的地。

• 具有时延上届的确保交付。该服务不仅确保分组正确交付，而且在特定的主机到主机时延上届内交付。

• 有序分组交付。 该服务确保分组以它们发送的熟悉的到达目的地。

• 确保最小带宽。这种网络层服务模仿在发送和接收主机之间的一条特定比特率的传输链路的行为

• 确保最大时延抖动。该服务确保位于发送方的两个相继分组之间的时间量等于在目的地接收到它们的时间量（或者这种间隔的变化不超过某些特定的值）。

• 安全性服务。使用仅由源和目的主机知晓的一个秘密会话秘钥，在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负载。在目的主机的网络层则能够负责解密该负载。
  
  除机密性外，网络层还能够提供数据完整性和源鉴别服务。

这些只是网络层能够提供的部分服务列表，还有许多可能的服务变种。

  因特网的网络层提供了单一的服务，称为尽力而为服务（best-effort service）。使用尽力而为服务，分组之间的定时是不能确保被保证的，分组的接收顺序也不能保证与发送顺序一致，传送的分组也不能保证最终交付。这是一种极为简化的服务层模型。（后面会介绍为何其提供的服务如此简化）
  其他的网络体系结构已定义和实现了许多超过因特网的尽力而为服务模型。如ATM网络体系结构提供了多重服务模型，意味着可以在相同的网络中为不同连接提供不同类别的服务。这里简单介绍下ATM两个重要的服务模：恒定比特率和可用比特率服务。

• 恒定比特率（Constant Bit Rate,CBR）ATM网络服务
  
  CBR的服务目标从概念上将就是使网络连接看起来就像在发送与接收主机之间存在一条专用的、固定带宽的传输链路，以使性质相同的虚拟管道提供分组流（ATM术语：信源流）。

• 可用比特率（Avaliable Bit Rate）ATM网络服务。
  
  ABR服务下的信元可能会丢失，信元也不会被重排序，对使用ABR服务的连接来说，最小信元传输速率（MCR）是可以得到保证的。如果在给定的时间内网络有足够空闲资源，发送方也可以利用比CBR更高的速率成功发送数据。
  
  ATM ABC能够为发送方显示提供网络拥塞信息，以便发送方调整发送速率。

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  《计算机网络自顶向下方法》学习笔记