计算机网络期末复习——第4章：网络层 Part One

目录

• [4.1 概述](#4.1 概述)
• [4.2 虚电路和数据报网络](#4.2 虚电路和数据报网络)
• • [4.2.1 虚电路服务](#4.2.1 虚电路服务)
  • [4.2.2 数据报服务](#4.2.2 数据报服务)
  • [4.2.3 选择](#4.2.3 选择)
  • [4.2.4 对比](#4.2.4 对比)
• 4.3路由器工作原理
• • 路由器组件

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4.1 概述

1. 功能：实现网络互连，进而实现数据报在各网络之间的传输

2. TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP，因此TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层

3. 发送端将报文段封装成数据报

4. 接收端将数据报拆成报文段发送给运输层

5. 网络中每一台主机和路由器中都有一个网络层协议

6. 路由器会检测每个经过它的IP数据报的首部字段

7. 主要功能

   1. 转发(forwarding)

      • 作用：将包从路由器输入端口移动到合适的输出端口

      • 转发表决定该路由器的本地转发操作

   2. 路由选择(routing)

      • 作用：确定包从源到目的地的完整路径

      • 路由算法通过网络确定端到端的路径

4.2 虚电路和数据报网络

4.2.1 虚电路服务

1. 提供网络层连接服务

   • 数据传输前要预建立连接

2. 每个包携带VC编号，而非目的主机地址

3. 虚电路组成

   • 源到端的路径

   • 每段链路的VC编号

   • 路径上路由器的转发表项

   • VC编号可被更改，新VC编号来自转发表

4.2.2 数据报服务

1. 提供网络层无连接服务

   • 数据传输前不与先建立连接

2. 路由器没有端到端的连接，没有网络层连接

3. 使用目的主机地址转发包

   • 相同的源到目的之间的路径选择可能不同

4. 最长前缀匹配

   • 查找转发表时选择与目的地址最长匹配的前缀

4.2.3 选择

1. VC

2. 异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)

3. 起源：电信电话网络化

   • 严格时序性保证

   • 严格可靠性保证

   • 服务质量保证

4. 哑终端

   • 电话机

   • 网络内部复杂

5. Datagram

   1. Internet

   2. 起源：计算机数据交换

      • 弹性服务需求

      • 无严格时序性需求

   3. 多种链路类型

      • 不同特性

      • 难以提供统一服务

   4. "smart"终端

      • 可以自适应，执行控制和错误恢复

      • 网络内部简单，边缘复杂

4.2.4 对比

1. 虚电路服务

   1. 思路：可靠通信应当由网络来保证

   2. 建立连接：必须建立网络层连接

   3. 终点地址：终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组首部只需携带短的VC编号

   4. 分组转发：属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发

   5. 结点故障：所有通过故障结点的虚电路均不能工作

   6. 分组顺序：总按照发送顺序到达终点

   7. 难易程度：可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，容易实现

   8. 另：通信结束后，释放之前建立的虚电路

2. 数据报服务

   1. 思路：可靠通信应当由用户主机来保证

   2. 建立连接：不需要建立网络层连接

   3. 终点地址：每个分组都有终点的完整地址

   4. 分组转发：分组可走不同路由

   5. 结点故障：出故障的结点可能丢失分组，一些路由可能会发生变化

   6. 分组顺序：不一定按照发送顺序到达终点

   7. 难易程度：很难实现

   8. 另：因特网采用该思想

4.3路由器工作原理

路由器组件

1. 输入端口(input ports)

   • 线路端接

     • 在路由器中在执行终结 传入链路的物理层功能

   • 数据链路处理(协议，拆封)

     • 与传入链路另一端的链路层交互来执行链路层功能

   • 查找，转发，排队

     • 查找转发表找到路由器输出端口

       • 前缀匹配

     • 发送到交换结构

     • 当交换结构转发速率低于输入端输入速率时，导致输入排队

       • 线路前部(Head-Of-the-Line，HOL)阻塞**

       • 队列头部的数据报阻止其他数据包向前移动

2. 交换结构(switching fabric)

将包从输入端口转发(交换)到输出端口

3. 输出端口(output ports)

   1. 排队(buffer管理)

      • 当通过交换结构的到达速率超过输出线路速率时，导致输出排队

      • 问题

        • 排队延迟

        • 丢包(buffer耗尽)

   2. 数据链路处理(协议，封装)

   3. 线路端接

4. 路由选择处理器(routing processor)

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