文章目录
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- 网络层概述与服务模型
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- [1. 网络层的位置](#1. 网络层的位置)
- [2. 网络层服务的实现](#2. 网络层服务的实现)
- [3. 网络层的关键功能](#3. 网络层的关键功能)
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- [(1) 路由 ------ 控制面](#(1) 路由 —— 控制面)
- [(2) 转发------ 数据面](#(2) 转发—— 数据面)
- [4. 提供给运输层的服务](#4. 提供给运输层的服务)
网络层概述与服务模型
网络层 是计算机网络体系结构中的核心层次，主要负责将分组从源主机通过网络传输到目的主机。与数据链路层关注相邻节点间的通信不同，网络层关注的是主机到主机的逻辑通信。
1. 网络层的位置
在不同的体系结构模型中，网络层均处于核心地位：
- OSI 七层模型：位于第 3 层，介于数据链路层与运输层之间。
- TCP/IP 四层模型：称为网际层（IP），位于网络接口层之上。
- 五层协议体系结构：为了便于分析，通常采用五层模型，网络层位于第 3 层。
2. 网络层服务的实现
网络层的主要任务是实现端系统之间的多跳传输。数据在传输过程中，通常需要经过多个中间设备（路由器）的转发。
- 发送端：将运输层的数据单元封装在数据包中。
- 中间节点（路由器）：检查数据包首部，根据路由算法和转发表将数据包转发到下一个节点。
- 接收端：解析接收到的数据包，取出运输层数据单元，交付给运输层。
值得注意的是，网络层功能不仅存在于每台主机中，也存在于网络核心的每一个路由器中。
3. 网络层的关键功能
网络层的功能在逻辑上可划分为两个层面：控制面（路由）和数据面（转发）。
(1) 路由 ------ 控制面
- 性质：全局性操作。
- 任务：通过运行路由选择协议和算法，确定数据报从源端到目的端的路径。
- 产物：生成路由表（Routing Table），并据此计算出转发表。
(2) 转发------ 数据面
- 性质：本地性操作。
- 任务：路由器根据转发表，将从输入接口接收到的数据报，移动到正确的输出接口。
- 过程：读取数据报首部的目的地址，查询本地转发表，决定下一跳出口。
4. 提供给运输层的服务
在计算机网络设计之初，关于网络层应提供何种服务（可靠性由谁负责）存在两种主要观点：
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面向连接的服务（虚电路）：
- 认为网络应当提供可靠的交付。
- 通信前必须建立连接（虚电路），网络节点需要维护状态信息。
- 类似于传统电话网络。
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无连接的服务（数据报）：
- 认为网络层应尽可能简单，可靠交付由端系统（运输层）负责。
- 每个分组（数据报）独立发送，网络不维护连接状态。
- 提供尽最大努力（Best-effort）交付，不保证不丢失、不重复、按序到达。
互联网采用了无连接的设计思路。网络层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。这使得网络造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用需求。
下一章：网络层提供给运输层的服务：面向连接的服务的实现、无连接服务的实现、面向连接的虚电路、无连接的数据报等...