计算机网络（四）网络层 上

由于要准备考试和网络层的知识很多，所以我将网络层的博客分为了上下两部分。

网络层提供的两种服务——虚电路服务和数据报服务

1. 虚电路服务

    传统电信网提供的主要业务是提供电话服务。电信网使用昂贵的程控交换机，用面向连接的通信方式，使电信网络能够向用户(实际上就是电话机)提供可靠传输的服务。
    当两个计算机进行通信的步骤：
    (1)应当先建立连接(但在分组交换中是建立一条虚电路VC(Virtual Circuit))，以保证通信双方所需的一切网络资源。
    (2)然后双方就沿着已建立的虚电路发送分组。
    (3)这样的分组的首部就不需要填写完整的目的主机地址，而只需填写这条虚电路的编号(一个不大的整数)，因而减少了分组的开销。
    (4)如果这种通信方式再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序地到达终点，当然也不丢失、不重复。
    (5)在通信结束后，要释放建立的虚电路。

2. 数据报服务

    因特网在设计上就采用了和电信网完全不同的思路。
    由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉(与电信网的交换机相比较)。
    因特网的设计思路：
    (1)网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每个分组(也就是IP数据报)独立发送，与其前后的分组无关(不进行编号)。
    (2)网络层不提供服务质量的承诺。也就是说所传送的分组，可能出错、丢失、重复或失序，当然也不保证分组交付的时限。
    这种设计思路的好处：
    (1)网络的造价大大降低。
    (2)运行方式灵活。
    (3)能够适应多种应用。
3. 虚电路服务与数据报服务的对比

 

 

网际协议IP

1. 网际协议IP

    网际协议IP：是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是最重要因特网标准协议之一。
    与IP协议配套使用的还有四个协议：
    (1)地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)
    (2)逆地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)
    (3)网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)
    (4)网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)
    上述四种协议与网际协议IP的关系：
    (1)在这一层中，ARP和RARP画在最下面，因为IP经常要使用这两个协议。
    (2)ICMP和IGMP画在这一层的上部，因为它们要使用IP协议。

    注：由于网际协议IP是用来使互连起来的许多计算机网络能够进行通信，因此TCP/IP体系中的网络层常常称为网际层(internet layer)，或IP层。

2. 将网络互连起来的一些中间设备
2.1 物理层——转发器(repeater)

    物理层使用的中间设备叫转发器(repeater)。

2.2 数据链路层——网桥或桥接器(bridge)

    数据链路层使用的中间设备叫网桥或桥接器(bridge)。

2.3 网络层——路由器(router)

    网络层使用的中间设备叫路由器(router)。路由器其实就是一台专用计算机，用来在互联网中进行路由选择。

2.4 在网络层以上——网关(gateway)

    在网络层以上使用的中间设备叫网关(gateway)，用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。

3. 虚拟互连网络

    TCP/IP体系在网络互连上采用的做法是在网络层(即IP层)采用了标准化协议，但相互连接的网络则可以是异构的。
    许多计算机网络通过路由器进行互连，由于参与互连的计算机网络都使用相同的网际协议IP，因此可以将互连以后的计算机网络看成一个虚拟互联网络。
    虚拟互连网络：也就是逻辑互连网络，它的意思就是各种互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是利用IP协议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。
    这种利用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网(IP网是虚拟的)。
    使用IP网的好处：当IP网上的主机进行通信时，就好像在一个单个网络上通信一样，它们看不见互连的各网络的具体异构细节(如具体的编址方案、路由选择协议等)。

4. 分组在互联网中的传送

注：当很多异构网络通过路由器互连起来时，如果所有的网络都使用相同的IP协议，那么在网络层讨论问题就显得很方便。
- 分组在互联网中的传送过程：
(1)互联网中的源主机H1要把一个IP数据报发送给目的主机H2。
(2)根据分组交换的存储转发概念。
(3)主机H1先要查找自己的路由表，看目的主机是否就在本网络上。
(4)如果是，则不需要经过任何路由器而是直接交付，任务就完成了。
(5)如果不是，则必须把IP数据报发送给某个路由器(如图中的R1)，R1再查找自己的路由表后，知道应当把IP数据报转发给R2进行间接交付。这样一直转发下去，最后由路由器R5知道自己是和H2连接在同一个网络上，不需要再使用别的路由器转发了，于是就把IP数据报直接交付给目的主机H2。

IP地址的分类

注意：
(1)在TCP/IP体系中，IP地址是一个最基本的概念。整个的因特网就是一个单一的、抽象的网络。
(2)IP地址就是给因特网上的每一个主机(或路由器)的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
(3)IP地址的结构使我们可以因特网上很方便地进行寻址。
1. IP地址的编址方法的三个历史阶段
1.1 分类的IP地址

    这是最基本的编址方法。

1.2 子网的划分

    这是对最基本的编址方法的改进。

1.3 构成超网

    这是比较新的无分类编址方法。

2. 分类的IP地址

    分类的IP地址：就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址由两个固定长度的字段组成。
    (1)第一个字段是网络号(net-id)，它标志主机(或路由器)所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是惟一的。
    (2)第二个字段是主机号(host-id)，它标志该主机(或路由器)。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。
    这种两级的IP地址可以记为 -> IP地址 ::= {<网络号>, <主机号>}