[网络协议]计算机网络-网络层

网络层功能概述

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

数据报是比较长的数据，分组是将数据进行分割后的一个小片段。

功能：

1. 路由选择与分组转发
   选择最佳路径
2. 异构网络互联
   手机，电脑通过路由器来实现通信
3. 拥塞控制
   若所有节点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。
   两种方法：开环控制（静），闭环控制（动）

数据交换方式

通过路由器来实现异构网络互联。

电路交换

例子：电话网络
电路交换的阶段：
建立连接->通信->释放连接

特点：多路复用，独占资源
优点：

1. 通信时延小
2. 有序传输
3. 没有冲突
4. 实时性强

缺点：

1. 建立连接时间长
2. 线路独占，使用效率低
3. 灵活性差
4. 无差错控制能力

报文交换

报文：源应用发送的信息整体。
报文是应用层的单元，报文到传输层，如果报文过大，传输层会进行分段的处理，报文再继续往下传。

交换设备接受到报文是会先存储，直到与下一个交换设备链路可用才转发。
优点：

1. 无需建立连接（与电路交换的主要区别）
2. 存储转发，动态分配线路
3. 线路可靠性比较高（其他交换设备出问题，可以走其他的交换设备）
4. 线路利用率较高（不占用一整条链路，只占用一段链路）
5. 多目标服务

缺点：

1. 有存储转发时延
2. 报文大小不定，需要网络节点有较大的缓存空间

分组交换

分组：把大的数据块（->报文）分割成小的数据块。

优点：

1. 无需建立连接
2. 存储转发，动态分配线路
3. 线路可靠性比较高（分组较短，出错几率减少）
4. 线路利用率较高
5. 相对于报文交换，存储管理更容易（交换设备缓存要求不高）

缺点：

1. 有存储转发时延
2. 需要传输额外的信息量（分组附加额外信息）
3. 乱序到目的主机时，要对分组排序重组。

分组交换相对于报文交换，其传输是并行的，所需的时延更小。

三种交换方式比较总结

1. 报文交换和分组交换都采用存储转发。
2. 传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换，电路交换传输时延最小。
3. 从信道利用率来看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换时延更小。

数据报方式&虚电路方式

分组交换方式：数据报方式，虚电路方式
数据报方式为网络层提供无连接服务。
虚电路方式为网络层提供连接服务。

无连接服务：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。
连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。

虚电路方式相当于把电路交换和报文交换的优势组合在一起。

几种传输单元名词辨析

数据报（internet在使用）

特点：

1. 无连接
2. 每个分组携带源和目的地址
3. 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

虚电路

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者优点。
虚电路：一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑连接？），路径上所有节点都要维持这条虚电路的建立，都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

两种方式对比：

IP数据报格式

TCP/IP协议栈

IP数据报格式

IP数据报分片

最大传送单元MTU
链路层数据帧可封装数据的上限。
以太网的MTU是1500字节。

如果传送数据报长度超过某链路的MTU？
分片！

结合IP数据报首部固定部分来解释

例子：


单位总结：
总长度单位是1B
片偏移单位是8B
首部长度单位是4B

IPv4地址