网络层

4.1 网络层概述

从本节课开始，我们进入第4章网络层的学习。本节课我们对网络层进行概述。 网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输，如图所示。 这些异构型网络，如果只是需要各自内部通信，他们只要实现各自的物理层和数据链入层即可，但是如果需要将这些异构型网络互连起来，形成一个更大的互联网，就需要使用网络层互联设备路由器。

需要说明的是为了简单起见，有时我们可以不用画出这些网络，而将他们看作是一条链路即可。

对于互联网而言，仅实现计算机网络体系结构中的物理层和数据链路层，是不能实现数据包在互联网中各网络之间传输的，要实现该功能，就要必须实现网络层，网络层需要解决以下主要问题：

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首要问题是网络层应该向其上面的运输层提供怎样的服务，是可靠传输服务，还是不可靠传输服务？我们在之前的课程中曾介绍过，数据包在传输过程中可能会出现误码，也有可能由于路由器繁忙而被路由器丢弃，还有可能出现按序发送的数据包，不能按序到达接收方。

• 如果网络层对于上述传输错误不采取任何措施，则提供的是不可靠传输服务。
• 如果网络层对于上述传输错误采取措施，并使得接收方能正确接收发送方所发送的数据包，则提供的是可靠传输服务。
• 不同网络体系结构所提供的服务可能是不同的。例如因特网使用的tcpip协议体系的网际层，提供的是无连接的不可靠的数据报服务，而ATM，帧中继和X.25的网络层提供的都是面向连接的可靠的虚电路服务。

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网络层需要解决的第二个主要问题是寻址问题，例如TCP/IP协议体系的网际层使用IP地址，我们来举例说明，

• 这是网络N1上两个路由器接口各自所分配的IP地址，它们的前三个数是相同的，可以看作是他们所在网络的网络编号，而第4个数各不相同，用于区分这两个不同的路由器接口，
• 这是网络N3上两个路由器接口各自所分配的IP地址，它们的前两个数是相同的，可以看作是他们所在网络的网络编号，而后两个数不完全相同，用于区分这两个不同的路由器接口，
• 这是网络N7上两个路由器接口各自所分配的IP地址，它们的第一个数是相同的，可以看作是他们所在网络的网络编号，而后三个数不完全相同，用于区分这两个不同的路由器接口。

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网络层需要解决的第三个主要问题是路由选择问题。我们来举例说明，如图所示，数据包从原站到达目的站，可以走这样一条路径，也可以走这样一条路径。对于本例还有其他路径可走，我们就要不一一演示了。

那么路由器收到数据包后，是依据什么来决定将数据包从自己的哪个接口转发出去的呢？这个问题在我们之前的课程中曾简单介绍过，不知大家是否还记得。没错，依据的是数据包中的目的地址和路由器中的路由表。

• 例如这是路由器R1的路由表，里面记录着路由器、R1所知道的网络以及数据包要到达这些网络，应该从自己的哪个接口转发。
• 假设R1知道数据包要到达网络N7，下一跳，应将其转发给路由器R4，则路由表中应该有这样一条记录，
• 而数据包要到达网络N6，下一跳，应将其转发给路由器R2，则路由表装应该有这样一条记录。