最近也準(zhǔn)備臨近考試月了，抽時間精簡總結(jié)一下《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》。這是一篇關(guān)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第三層，網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的知識。

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層中，網(wǎng)絡(luò)層的作用就是將 分組 從源主機(jī)沿網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)到目的主機(jī)上，所以網(wǎng)絡(luò)層里最核心的功能就是： 分組轉(zhuǎn)發(fā) 和 路由選擇 。

分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇

---

既然我們知道了網(wǎng)絡(luò)層里最核心的兩個功能，那我們有必要逐個了解它們分別是干什么的。

• 分組轉(zhuǎn)發(fā) 。當(dāng)一個分組到達(dá)路由器輸入鏈路時，需要將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)合適的輸出鏈路上。每一個分組都會帶有一個首部，而首部里有轉(zhuǎn)發(fā)的標(biāo)識。路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識，查詢路由器內(nèi)的 轉(zhuǎn)發(fā)表 (forwarding table)，轉(zhuǎn)發(fā)表會為分組指出該通往的輸出鏈路。

• 路由選擇 。當(dāng)分組開始從源主機(jī)發(fā)往目的主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)層必須決定分組該采用的路由或路徑。而路由選擇，就是用來提供分組轉(zhuǎn)發(fā)時所需要的轉(zhuǎn)發(fā)表。
  

網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)

---

網(wǎng)絡(luò)層可以為用戶提供兩種服務(wù)，一個是面向連接的服務(wù)，另一種則是無連接的服務(wù)。我們在現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層只能單獨(dú)提供其中一個服務(wù)的，兩種服務(wù)同時提供是不存在的。

在網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)被稱為 虛電路網(wǎng)絡(luò) (virtual-circuit network),而提供無連接的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則被稱為 數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò) (datagram network)。我們首先大致了解一下它們的特點(diǎn)：

虛電路網(wǎng)絡(luò)

虛電路網(wǎng)絡(luò)是借鑒電信網(wǎng)的成功例子的，讓網(wǎng)絡(luò)來負(fù)責(zé)可靠交付。虛電路網(wǎng)絡(luò)要求兩個計算機(jī)進(jìn)行通信時，應(yīng)當(dāng)先建立連接，也就是虛電路。然后雙方就通過該虛電路發(fā)送分組。這樣分組無需頭部節(jié)省開銷，信號傳輸也十分可靠。通信結(jié)束后，就釋放掉虛電路。但無疑，網(wǎng)絡(luò)的造價相對會更加昂貴。

數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

因特網(wǎng)的先驅(qū)者則堅定認(rèn)為無連接服務(wù)是更適合因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層的。電信網(wǎng)的提供可靠的傳輸服務(wù)，對于電話這種無智能，沒有處理差錯能力的設(shè)備無疑是非常奏效的。但計算機(jī)是可以有很強(qiáng)的差錯處理能力的。所以因特網(wǎng)設(shè)計時就與電信網(wǎng)完全不一樣： 網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務(wù) 。

在數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)里，分組發(fā)送時并不需要建立連接，每一個分組都是獨(dú)立發(fā)送的，并且 網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量保證 。所以分組在發(fā)送過程中，會出現(xiàn)出錯、丟失、重復(fù)和失序，還有交付期限。而為了保證通信可靠，這些差錯處理則交給網(wǎng)絡(luò)邊緣主機(jī)——終端，來進(jìn)行處理。這樣網(wǎng)絡(luò)核心相比之下就簡單許多，網(wǎng)絡(luò)造價大大降低，并且靈活適應(yīng)性強(qiáng)。這種設(shè)計思想稱為 端到端原則 (end-to-end arguments)，到現(xiàn)在也驗證了這種設(shè)計思路是明智的。

總結(jié)兩者對比

我們最后歸納一下虛電路網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的對比。

對比的方面	虛電路網(wǎng)絡(luò)	數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)
思路	可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證	可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)保證
連接的建立	必須有	不需要
終點(diǎn)地址	建立階段使用，分組使用虛電路號	每個分組都有終點(diǎn)的完整地址
分組的轉(zhuǎn)發(fā)	屬于同一條虛電路的分組按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)	每個分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)
節(jié)點(diǎn)故障	所有通過該節(jié)點(diǎn)的虛電路都無法工作	會出現(xiàn)丟失分組，路由會相應(yīng)變化
分組順序	順序到達(dá)	不一定按照順序到達(dá)
服務(wù)質(zhì)量保證	通信資源提前分配給虛電路，容易實現(xiàn)	很難實現(xiàn)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)總結(jié)之網(wǎng)絡(luò)層（一）