最近也準備臨近考試月了，抽時間精簡總結一下《計算機網絡》。這是一篇關于計算機網絡的第三層，網絡層相關的知識。

在計算機網絡的分層中，網絡層的作用就是將 分組 從源主機沿網絡路徑發到目的主機上，所以網絡層里最核心的功能就是： 分組轉發 和 路由選擇 。

分組轉發和路由選擇

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既然我們知道了網絡層里最核心的兩個功能，那我們有必要逐個了解它們分別是干什么的。

• 分組轉發 。當一個分組到達路由器輸入鏈路時，需要將該分組轉發到相應合適的輸出鏈路上。每一個分組都會帶有一個首部，而首部里有轉發的標識。路由器根據轉發標識，查詢路由器內的 轉發表 (forwarding table)，轉發表會為分組指出該通往的輸出鏈路。

• 路由選擇 。當分組開始從源主機發往目的主機，網絡層必須決定分組該采用的路由或路徑。而路由選擇，就是用來提供分組轉發時所需要的轉發表。
  

網絡層提供的兩種服務

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網絡層可以為用戶提供兩種服務，一個是面向連接的服務，另一種則是無連接的服務。我們在現有的計算機網絡體系結構中，網絡層只能單獨提供其中一個服務的，兩種服務同時提供是不存在的。

在網絡層提供面向連接的計算機網絡被稱為 虛電路網絡 (virtual-circuit network),而提供無連接的計算機網絡則被稱為 數據報網絡 (datagram network)。我們首先大致了解一下它們的特點：

虛電路網絡

虛電路網絡是借鑒電信網的成功例子的，讓網絡來負責可靠交付。虛電路網絡要求兩個計算機進行通信時，應當先建立連接，也就是虛電路。然后雙方就通過該虛電路發送分組。這樣分組無需頭部節省開銷，信號傳輸也十分可靠。通信結束后，就釋放掉虛電路。但無疑，網絡的造價相對會更加昂貴。

數據報網絡

因特網的先驅者則堅定認為無連接服務是更適合因特網的網絡層的。電信網的提供可靠的傳輸服務，對于電話這種無智能，沒有處理差錯能力的設備無疑是非常奏效的。但計算機是可以有很強的差錯處理能力的。所以因特網設計時就與電信網完全不一樣： 網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務 。

在數據報網絡里，分組發送時并不需要建立連接，每一個分組都是獨立發送的，并且 網絡層不提供服務質量保證 。所以分組在發送過程中，會出現出錯、丟失、重復和失序，還有交付期限。而為了保證通信可靠，這些差錯處理則交給網絡邊緣主機——終端，來進行處理。這樣網絡核心相比之下就簡單許多，網絡造價大大降低，并且靈活適應性強。這種設計思想稱為 端到端原則 (end-to-end arguments)，到現在也驗證了這種設計思路是明智的。

總結兩者對比

我們最后歸納一下虛電路網絡與數據網絡的對比。

對比的方面	虛電路網絡	數據報網絡
思路	可靠通信應當由網絡來保證	可靠通信應當由用戶主機保證
連接的建立	必須有	不需要
終點地址	建立階段使用，分組使用虛電路號	每個分組都有終點的完整地址
分組的轉發	屬于同一條虛電路的分組按照同一路由進行轉發	每個分組獨立選擇路由進行轉發
節點故障	所有通過該節點的虛電路都無法工作	會出現丟失分組，路由會相應變化
分組順序	順序到達	不一定按照順序到達
服務質量保證	通信資源提前分配給虛電路，容易實現	很難實現

計算機網絡復習總結之網絡層（一）