杂谈

学习笔记———网络层
一.网络层的含义:
网络层的产生也是网络发展的结果.在联机系统和线路交换的环
境中,网络层的功能没有太大意义.当数据终端增多时.它们之间
有中继设备相连.此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而
是能和多台终端通信的情况,这就是产生了把任意两台数据终端设
备的数据链接起来的问题,也就是路由或者叫寻径.另外,当一条物
理信道建立之后,被一对用户使用,往往有许多空闲时间被浪费掉.
人们自然会希望让多对用户共用一条链路,为解决这一问题就出
现了逻辑信道技术和虚拟电路技术.
二.网络层主要功能
网络层为建立网络连接和为上层提供服务,应具备以下主要功能
1. 路由选择和中继.
2. 激活,终止网络连接.
3. 在一条数据链路上复用多条网络连接,多采取分时复用技术
4. 差错检测
5. 排序,流量控制.
6. 服务选择.
7. 网络层管理.
8. 分段和合段
9. 流量控制
10.加速数据传送
11.复位
网络层在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送
功能上,进一步管理网络中的数据通信,将数据设法从源端经过
若干个中间节点传送到目的端,从而向传输层提供最基本的端到
端的数据传送服务。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据
透明传送,具体功能包括路由选择、拥塞控制和网际互连等。
三.网络层标准简介
网络层的一些主要标准如下.
ISO.DIS8208:称为"DTE用的X.25分组级协议".
ISO.DIS8348:称为"CO 网络服务定义"(面向连接).
ISO.DIS8349:称为"CL 网络服务定义"(面向无连接).
ISO.DIS8473:称为"CL 网络协议".
ISO.DIS8348:称为"网络层寻址".
除上述标准外,还有许多标准。这些标准都只是解决网络层的部
分功能,所以往往需要在网络 层中同时使用几个标准才能完成整
个网络层的功能.由于面对的网络不同,网络层将会采用不同的 标
准组合.在具有开放特性的网络中的数据终端设备,都要配置网络
层的功能.现在市场上销售的网络硬设备主要有网关和路由器.
四.网络层功能
4.1网络层功能概述
网络层是OSI参考模型中的第三层,是通信子网的最高层。网络
层关系到通信子网的运行控制,体现了网络应用环境中资源子网
访问通信子网的方式。
网络层的主要任务是设法将源结点出的数据包传送到目的结点
,从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。概括地说
,网络层应该具有以下功能:
(1) 为传输层提供服务
网络层提供的服务有两类:面向连接的网络服务和无连接的网络
服务。
虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有数据包按顺序到
达目的结点的可靠的数据传送方式,进行数据交换的两个结点之
间存在着一条为它们服务的虚电路;而数据报服务是不可靠的数
据传送方式,源结点发送的每个数据包都要附加地址、序号等信
息,目的结点收到的数据包不一定按序到达,还可能出现数据包
的丢失现象。
典型的网络层协议是X.25,它是由ITU-T(国际电信联盟电信标准
部)提出的一种面向连接的分组交换协议。
(2) 组包和拆包
在网络层,数据传输的基本单位是数据包(也称为分组)。在
发送方,传输层的报文到达网络层时被分为多个数据块,在这些
数据块的头部和尾部加上一些相关控制信息后,即组成了数据包
(组包)。数据包的头部包含源结点和目标结点的网络地址(逻
辑地址)。在接收方,数据从低层到达网络层时,要将各数据包
原来加上的包头和包尾等控制信息去掉(拆包),然后组合成报
文,送给传输层。
(3) 路由选择
路由选择也叫做路径选择,是根据一定的原则和路由选择算法
在多结点的通信子网中选择一条最佳路径。确定路由选择的策略
称为路由算法。
在数据报方式中,网络结点要为每个数据包做出路由选择;而
在虚电路方式中,只需在建立连接时确定路由。
(4) 流量控制
流量控制的作用是控制阻塞,避免死锁。
网络的吞吐量(数据包数量/秒)与通信子网负荷(即通信子网
中正在传输的数据包数量)有着密切的关系。
对防止出现阻赛和死锁,需进行流量控制,通常可采用滑动窗
口、预约缓冲区、许可证和分组丢弃四种方法。
4.2 路由选择算法简介
路由算法很多,大致可分为静态路由算法和动态路由算法两类
。
(1)静态路由算法
静态路由算法又称为非自适应算法,是按某种固定规则进行的路
由选择。其特点是算法简单、容易实现,但效率和性能较差。属
于静态路由算法的有以下几种:
最短路由选择:
扩散式路由选择:
随机路由选择:
集中路由选择:
(2)动态路由算法
动态路由算法又称为自适应算法,是一种依靠网络的当前状态
信息来决定路由的策略。这种策略能较好地适应网络流量、拓扑
结构的变化,有利于改善网络的性能;但算法复杂,实现开销大
。属于动态路由算法的有以下几种:
分布式路由选择策略:
集中路由选择策略:
4.3.网络层的网络连接设备
(1) 路由器(Router)
在互联网中,两台主机之间传送数据的通路会有很多条,数据
包从一台主机出发,中途要经过多个站点才能到达另一台主机。
这些中间站点通常由称为路由器的设备担当,其作用就是为数据
包选择一条合适的传送路径。
路由器工作在OSI模型的网络层,是根据数据包中的逻辑地址(网
络地址)而不是MAC地址来转发数据包的。
路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传
输路径,并将该数据包有效地传送到目的站点。
路由器不仅有网桥的全部功能,还具有路径的选择功能,可根
据网络的拥塞程度,自动选择适当的路径传送数据。
路由器与网桥不同之处在于,它并不是使用路由表来找到其他
网络中指定设备的地址,而是依靠其它的路由器来完成任务。也
就是说,网桥是根据路由表来转发或过滤数据包,而路由器是使
用它的信息来为每一个数据包选择最佳路径。
路由器有静态和动态之分。静态路由器需要管理员来修改所有
的网络路由表,一般只用于小型的网间互连;而动态路由器能根
据指定的路由协议来完成修改路由器信息。
(2) 第三层交换机
随着技术的发展,有些交换机也具备了路由的功能。这些具有
路由功能的交换机要在网络层对数据包进行操作,因此被称为第
三层交换机。