网络层-Read.PPT

第5章 网络层 5.1 网络层主要功能和服务 5.2 电路交换和分组交换 5.3 虚电路和数据报 5.4 路由选择 5.5 流量控制和拥塞控制 5.6 Internet的网际协议IP 5.7 路由器 思考题与习题 5.1 网络层主要功能和服务 网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间。它的主要任务是把网络协议数据单元或分组从源计算机经过适当的路径发送到目的地计算机。从源计算机到目的计算机可能要经过若干个中间节点，这需要在通信子网中进行路由选择。网络层与数据链路层有很大的差别，数据链路层仅把数据帧从线缆或信道的一端传送到另一端(即在相邻节点间进行数据传送)，而网络层向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。 网络层关心的是通信子网的运行控制，解决如何使数据分组跨越通信子网的问题，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。另外，当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，网络层还要解决网际互连的问题。 因此，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、阻塞控制和网际互连等。 网络层在其与运输层的接口上为运输层提供服务。这一接口是相当重要的，因为它往往是公共载体网络(如电信网络)与用户的接口，也就是说，它是通信子网的边界。载体网络通常规定了从物理层直到网络层的各种协议和接口，传输由其用户提供的分组。基于这种原因，对接口的定义必须十分明确和完善。 网络层的服务设计应该按照下列原则： (1) 服务应与通信子网无关。 (2) 通信子网的数量、类型和拓扑结构对于运输层来说是隐蔽的。 (3) 运输层所能获得的网络地址应采用统一的编号方式，即使跨越多个局域网和广域网也应如此。 基于上述原则，网络层的设计者有较大的自由度来编写提供给运输层的服务的技术规范。端系统之间的通信是靠通信子网中间节点间的通信完成的，体现了通信子网向端系统所提供的网络服务。通信子网向端系统提供的网络服务有面向连接的(虚电路)和无连接(数据报)两种，也即端系统的网络层向端系统的运输层提供的服务。而通信子网内部的工作方式可以是面向连接的，也可以是无连接的。也就是说，通信子网提供的网络服务与通信子网内部选择的工作方式无关。 5.2 电路交换和分组交换 局域网是广播通信网络，所有网络节点共享通信介质，不需要中间节点的介入。对于广域网一般都采用点到点信道，而点到点信道使用存储转发的方式传送数据，也就是说从源节点到目的节点的数据通信需要经过若干个中间节点的转接，这涉及到数据交换技术。数据交换技术主要有：电路交换、报文交换和分组交换。分组交换是对报文交换的改良。 5.2.1 电路交换 交换的概念最早来自于电话系统。当用户进行拨号时，电话系统中的交换机在呼叫者的电话与接收者的电话之间建立了一条实际的物理线路，通话便建立起来，此后两端的电话拥有该专用线路，直到通话结束。这里所谓的交换是在电话交换机内部。当交换机从一条输入线上接到呼叫请求时，它首先根据被呼叫者的电话号码寻找一条合适的输出线，然后通过硬件开关(如继电器)将二者连通。 假如一次电话呼叫要经过若干交换机，则所有的交换机都要完成同样的工作。电话系统的这种交换方式叫做电路交换。从上面我们可以知道，在电路交换网中，一旦通话建立，在两部电话之间就有一条物理通路存在，直到这次通话结束，才拆除物理通路。因此，采用电路交换技术进行数据传输需要经历以下三个过程： (1) 电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。 (2) 数据传输：电路建立后，数据就可以通过网络从一端发送到另一端。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。 (3) 电路拆除：数据传输结束后，由一端发出拆除请求，然后逐个节点拆除直到对方节点。 电路交换传输延迟小，惟一的延迟是物理信号的传播延迟；一旦线路建立，便不会发生冲突。传输延迟小是因为电路建立后，就不再需要交换开销；不发生冲突是因为独享物理线路。 因此，电路交换具有数据传输可靠、迅速且数据不会丢失的优点。电路交换的缺点首先是建立连接所需的时间比较长。在数据开始传输之前，呼叫信号必须经过若干个交换机，