计算机网络原理（12）—— 网络层服务、数据报网络/虚电路网络

网络层

• 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

1. 网络层核心功能——转发与路由、连接建立

• 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。
  • 转发表确定在本路由器如何转发分组（地址信息-输出链路）
• 路由（routing）：确定分组从源到目的经过的路径。
  • 路由算法（routing algorithms）：确定通过网络的端到端路径
• 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）

2. 网络层服务模型

• 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
  • 传输结束后拆除连接
  • 虚电路网络（virtual-circuit network）

3. 数据报网络——无连接

• 网络层无连接
• 每个分组携带目的地址
• 路由器根据分组的目的地址转发分组
  • 基于路由协议/算法构建转发表
  • 检索转发表
  • 每个分组独立选路

4. 虚电路网络——有连接

• 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
• 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（VCID），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），维护每条经过他的虚电路连接状态
• 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：
  • 从源主机到目的主机的一条路径
  • 虚电路号（VCID），沿路每段链路一个编号
  • 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转发表改写/替换虚电路号
  • VC路径上每个路由器都需要维护VC连接的状态信息

虚电路信令协议（signaling protocols）

• 用于VC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

数据报网络 V.s. 虚电路网络

Internet（数据报网路）

• 计算机之间的数据交换
  • “弹性”服务，没有严格的时间需求
• 链路类型众多
  • 特点、性能各异
  • 统一服务困难
• “智能”端系统（计算机）
  • 可以自适应、性能控制、差错恢复
• 简化网络，复杂“边缘”

ATM（虚电路网络）

• 电话网络演变而来

• 核心业务是实时对话

  • 严格的时间、可靠性需求
  • 需要有保障的服务

• “哑（dumb）”端系统（非智能，如电话机、传真机）

• 简化“边缘”，复杂网络

最后

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