4.1 网络层的功能

一、异构网络互联
1.所谓网络互联,是指将两个以上的计算机网络,通过一定的方法,
用一种或多种通信设备(即中间设备)相互连接起来,以构成更大的
网络系统。中间设备又称中间系统或中继系统。根据所在的层次,
终极系统分为以下四种
(1)物理层中继系统:中继器、集线器
(2)数据链路层中继系统:网桥或交换机
(3)网络层中继系统:路由器
(4)网络层以上的中继系统:网关
	使用物理层或数据链路层的中继系统时,只是把一个网络扩大
了,而从网络层的角度看,它仍然是同一个网络,一般并不称之为网
络互联。因此网络互联通常是指用路由器进行网络互联和路由选
择。
	虚拟互联网络也就是逻辑互联网络,即互联起来的各种物理网
络的异构性本来是客观存在的,但是通过使用IP就可以使这些性能
各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
	使用虚拟互联网络的好处是:当互联网上的主机进行通信时,
就好像在一个网络上通信一样,而看不见互联的具体的网络异构的
细节。


二、路由与转发
1.路由器主要完成两个功能:一是路由选择(确定哪一条路径),二
是分组转发(当一个分组到达时所采取的动作)。前者是根据特定
的路由选择协议造出路由表,同时经常或定期地和相邻路由器交换
路由信息而不断地更新和维护路由表。后者处理通过路由器的数据
流,关键操作是转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度等
(1)路由选择:指按照复杂的分布式算法,根据从各相邻路由器所得
到的关于整个网络拓扑的变化情况,动态地改变所选择的路由
(2)分组转发:指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口
转发出去。
	路由表是根据路由选择算法得到的,而转发表是从路由表得出
的。转发表的结构应当时查找过程最优化,路由表则需要对网络拓
扑变化的计算最优化。


三、拥塞控制
1.在通信子网中,因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称
为拥塞。
2.判断网络是否进入拥塞状态的方法是:观察网络的吞吐量与网络
负载的关系:如果随着网络负载的增加,网络的吞吐量明显小于正
常的吞吐量,那么网络就可能已进入"轻度拥塞"状态;如果网络的
吞吐量随着网络的负载的增大而下降,那么网络就可能已进入拥塞
状态;如果网络的负载继续增大,而网络的吞吐量下降到0,那么网
络就以可能进入死锁状态。
3.拥塞控制主要解决的问题是如何获取网络中发生拥塞的信息,从
而利用这些信息进行控制,以避免由于拥塞而出现分组的丢失,以及
严重拥塞而产生网络死锁的现象。
4.拥塞控制的作用是确保子网能够承载所达到的流量。
5.拥塞控制的方法有两种:
(1)开环控制:在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到,
力求网络在工作时不产生拥塞。这是一种静态的预防方法。一旦
整个系统启动,中途就不再需要更改。开环控制手段包括确定何时
可接受新流量、何时可丢弃分组及丢弃哪些分组,确定何种调度决
策等。所有这些手段的共性是,在做决定时不考虑当前网络的状态
(2)闭环控制:事先不考虑有关发生拥塞的各种因素,采用检测网络
系统去监视,及时检测哪里发生了拥塞,然后将拥塞信息传到合适
的地方,以便调整网络系统的运行,并解决出现的问题。闭环控制
是基于反馈环路的概念,是一种动态的方法。