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第5章 网络层 5.1 网络层概述 5.1.1 为什么需要网络层 网络层的主要任务 通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。 网络层的主要功能 5.1.2 网络层的主要功能 路由选择 所谓路由选择，是指在通信子网中信源节点和中继节点为了将报文分组传送到信宿节点而对其后继节点的选择。 拥塞控制 网络层的拥塞控制是对进入通信子网的信息量加以控制，以防止因通信量不均衡，导致网络拥塞或阻塞，而造成的子网性能下降。 网络连接的建立与管理 在面向连接的服务中，网络连接是传输实体之间传输数据的、贯穿通信子网的端到端的通道。 5.2 虚电路和数据报 网络层为传输层所提供的服务可以分为两大类： 无连接的网络服务（数据报服务） 数据报服务（Datagram）：主机只要想发送数据就随时可发送，每个分组独立地选择路由。 面向连接的网络服务（虚电路服务）。 虚电路服务（Virtual circuit）：通信前主机要先建立一条虚电路，之后数据沿固定路由传送，通信后拆除虚电路。 数据报交换的过程 数据报服务的特点 网络随时接收主机发送的分组（即数据报），并为每个分组独立地选择路由。 网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺，既不保证所传送的分组不丢失，也不保证按时限、按源主机发送分组的先后顺序将分组交付给目的主机。 当网络发生拥塞时，网络中的节点可根据情况将一些分组丢弃。 数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。 实际上“尽最大努力交付”的服务，就是没有质量保证的服务。 虚电路的概念 虚电路： 指网络中一对通信站点之间的逻辑连接，允许双向数据交换。 虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于电路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。 虚电路交换具有以下三个阶段： 建立网络连接 数据传输 释放网络连接 交换式虚电路和永久虚电路 交换式虚电路 在两个节点之间通过虚呼叫建立的临时连接，也称为呼叫式虚电路(SVC,Switch Virtual Circuit)。 用户可以根据需要动态地建立和释放。 永久虚电路 (PVC, permanence Virtual Circuit) 是在两个节点之间建立的一条固定的连接。 它类似于专用电路，无需建立和拆除，任何时候，站点之间都可以进行通信。 虚电路的工作过程 虚电路服务的特点 源主机必须先通过虚呼叫与目标主机建立虚电路连接。 在虚电路建立后，就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。 所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致。 因此，提供虚电路服务的网络对通信的服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。 虚电路的建立 采用虚电路方式传输时，物理介质被划分为多个子信道(称之为逻辑信道LC) ，子信道的串接形成虚电路(VC).利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。 两种服务思想的来源不同 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。 电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的节点交换机复杂而昂贵。 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。 可靠通信由用户终端中的软件来保证。 数据报服务与虚电路服务之争 让网络只提供数据报服务就可大大简化网络层的结构。 但技术的进步使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。 因特网发展到今天的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。 数据报与虚电路的比较 数据报服务： 传输过程无需建立连接和释放连接； 网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短，用数据报既迅速又经济。 较适合站点之间少量的、频繁的数据传输，也适合实现广播和多播。 虚电路服务： 传输前后必须连接建立和释放连接； 由于虚电路的建立和释放需要占用一定的时间，因此不适合站点之间具有频繁连接和交换短小数据的应用，(如：交互式的通信)。 较适合站点之间大批量的数据传输。 数据报与虚电路的比较 数据报服务： 每个分组中必须携带完整的地址信息。 虚电路服务： 仅呼叫分组中需要携带完整的地址信息。 数据分组中只含少量的地址信息(虚电路号)，因而分组的控制信息部分的比特数较少，额外开销少。 数据报与虚电路的比较 数据报服务： 每个分组独立选路，数据无序地到达目的地，接收站点处理复杂。 主机承担端到端的差错控制和流量控制。 当使用网状拓扑组建网络时，个别中继节点或线路的故障不会影响分组的传输（可以选择不同的路径），可靠性较高。 虚电路服务： 用户的数据块沿着相同的路径，按序到达目的地，接收站点