计算机网络核心知识（中）

前言

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5 网络层（上)

5.1 网络层服务

• 从发送主机向接收主机传送数据段（segment）
• 发送主机：将数据段封装到数据报（datagram）中
• 接收主机：向传输层交付数据段（segment）
• 每个主机和路由器都运行网络层协议
  
• 路由器检验所有穿越它的IP数据报的头部域
  • 决策如何处理IP数据报

网络层核心功能-转发与路由

• 转发(forwarding): 将分组从路由器的输入端口转移到合 适的输出端口
• 路由(routing): 确定 分组从源到目的经过的路径
  • 路由算法 （routing algorithms）
    

网络层核心功能-连接建立

• 某些网络的重要功能:
  • ATM, 帧中继, X.25
• 数据分组传输之前两端主机需要首先建立虚拟/逻辑连接
  
  • 网络设备（如路由器）参与连接的建立
• 网络层连接与传输层连接的对比:
  • 网络层连接: 两个主机之间 (路 径上的路由器等网络设备参与 其中)
  • 传输层连接: 两个应用进程之间（对中间网络设备透明）

网络层服务模型

• Q: 网络层为发送端（主机）到接收端（主机）的数据报传送 “通道(channel)”提供什么样的服务模型(service model)?
  

• 无连接服务(connection-less service):

  • 不事先为系列分组的传输确定传输路径
  • 每个分组独立确定传输路径
  • 不同分组可能传输路径不同
  • 数据报网络(datagram network )

• 连接服务(connection service):

  • 首先为系列分组的传输确定从源到目的经过的路径 (建立连接)
  • 然后沿该路径（连接）传输系列分组
  • 系列分组传输路径相同
  • 传输结束后拆除连接
  • 虚电路网络(virtual-circuit network )

5.2 虚电路网络与数据报网络

5.2.1 虚电路网络

结合了电路交换和分组交换的优点。

连接服务与无连接服务

• 数据报(datagram)网络与虚电路(virtual-circuit)网 络是典型两类分组交换网络
• 数据报网络提供网络层无连接服务
• 虚电路网络提供网络层连接服务
• 类似于传输层的无连接服务（UDP）和面向连接 服务（TCP），但是网络层服务：
  • 主机到主机服务
  • 网络核心实现

虚电路(Virtual circuits)

虚电路：一条从源主机到目的主机，类似于电路的路径(逻辑连接)

• 分组交换
• 每个分组的传输利用链路的全部带宽
• 源到目的路径经过的网络层设备共同完成虚电路功能
  

注意：尽管虚电路中采用了很多电路交换中的术语，但本质上是此非彼的关系。

• 通信过程：
  • 呼叫建立(call setup)→数据传输 →拆除呼叫
• 每个分组携带虚电路标识(VC ID)，而不是目的主机地址
• 虚电路经过的每个网络设备 （如路由器），维护每条经过它的虚电路连接状态
• 链路、网络设备资源(如带宽 、缓存等)可以面向VC进行预分配
  • 预分配资源=可预期服务性能
  • 如ATM的电路仿真（CBR）
    

VC的具体实现

• 每条虚电路包括:

1. 从源主机到目的主机的一条路径
2. 虚电路号（VCID）， 沿路每段链路一个编号
3. 沿路每个网络层设备（如路由器），利用转发表记录 经过的每条虚电路

• 沿某条虚电路传输的分组，携带对应虚电路的 VCID，而不是目的地址
• 同一条VC ，在每段链路上的VCID通常不同
  • 路由器转发分组时依据VC转发表改写/替换虚电路号

VC转发表

路由器R1的VC转发表:

虚电路信令协议(signaling protocols)

• 用于VC的建立、维护与拆除
  • 路径选择
• 应用于虚电路网络
  • 如ATM、帧中继(frame-relay)网络等
• 目前的Internet不采用

5.2.2 数据报网络