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[网络协议]王道操作系统第四章

1.1网络层功能概述

主要任务是把分组从源端传递到目的端，为分组交换网上的各个主机提供通信服务，网络层传输单位是数据报

数据报与分组之间的关系:
分组是数据报切割后的一小部分
在这里插入图片描述

功能:

1): 路由选择与分组转发
路由选择是在许多路由之间寻找一个接近于最佳的路径。
分组转发是将数据报分为若干个分组进行在网络中转发与传递

2):异构网络的互联:
比如手机与电脑之间的互联

3）：拥塞控制
若所有结点都来不及接收分组，而要丢弃大量的分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定的措施，缓解这种拥塞

拥塞控制是一个全局性的问题（整个网络的问题）

解决拥塞的方法：
①开环控制：
是指没有反馈信息的系统控制方式。当操作者启动操作系统，使之处于运行的状态，操作系统将操作者得一系列指令都输向受控对象。

②闭环控制
是控制论的一种基本概念。指被控的输出端的输出一定方式返回到作为控制的输入端。以输出作为对输入端施加控制影响的一种控制关系。

闭环控制，简单说，就是输入端通过信息传递给输出端进行控制。而输入端同时也根据输出端的反馈信息来调整或者暂停输入。

1.2 电路交换,报文交换与分组交换

一如何实现两台主机之间的互联（上网）
依靠的是路由器使得两个主机之间产生互联。数据交换技术是让数据通过路由器从源主机到目的主机。

二为什么要数据交换：
在这里插入图片描述
假设主机与主机之间并不是通过路由器，网桥等进行通信的。是直接进行相互通信的。那么每增加一个主机，彼此之间需要增加的链路条数为

为了解决主机越多，链路条数越多的这个问题，于是有了二层的网桥，三层的路由器等交换设备

在这里插入图片描述

而上述也有一个问题，原因在于每台主机通过交换设备进行通信，主机多了，传递的数据也就多了，让这些数据在一个交换设备上进行传输，本身在技术层面就难以办到，其次主机越多，所需要的端口也就越多。另外，受制于链路长度的限制（链路越长，信号衰减的就越严重），主机之间实现远距离通信困难

解决方法：
在这里插入图片描述
优点：

每个交换设备不用具备很多的端口
有利于远距离的通信

三数据交换的方式：
数据交换的方式分为电路交换，报文交换以及分组交换。

1）电路交换：
这里以电话网络作为典型举例

在这里插入图片描述
电路交换的阶段：

建立连接（呼叫/电路建立）
通信
释放连接（拆除电路）

优点
① 通信时延小：
通信之间是直达的过程，所以时延小

② 有序传输：
建立好的连接是独占资源，只需要将需要传递的数据，按序传输就好

③ 没有冲突：
因为独占资源的缘故

④ 实时性强：
链路一旦建立，就是可以随时通信的

缺点：
①建立链接时间长：

②线路独占，使用效率低

③灵活性差：
一旦建立连接中的某个交换设备宕机了，就会导致整个链路崩溃了

④无差错控制能力
对于是否传输的过程中产生差错，电路交换是不会去关心的

2）报文交换：
报文：
源应用发送的信息整体（比如一个PDF文件就是一个报文）

在这里插入图片描述

优点：
①无需建立链接
发送端与接收端无需建立连接，即可通信

②存储转发，动态分配线路

不用事先约好一个线路
先在某个交换设备上暂时的存储，等待某个线路空闲了，就进行转发

③线路可靠性高
如果其中一个交换设备出现了问题，可以从其他交换设备建立起线路进行数据传输

④线路利用率高
不是固定的占用一整条链路，而是在不同的时间里，需要进行数据传输的时候才会占用通信线路

⑤多目标服务
一个报文可以发往多个目的地址

缺点：

有存储转发时延
报文大小不定，需要网路节点有较大缓存空间

3）数据交换的方式：
数据交换的方式分为数据报方式的分组交换以及虚电路方式的分组交换两种

第一种方式：数据报方式的分组交换
特点：
①为网络层提供无连接服务
无连接服务：不实现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会有不同

②每一个分组携带数据源和目的地址

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，每个分组独立选择传输的路径

第二种方式：虚电路方式的分组交换

特点：
①为网络层提供链接服务
连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿着路径（连接）传输系列分组，系列分组的传输路径相同，传输结束后拆除连接

②将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者的优点

③一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点虚电路的建立，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

在这里插入图片描述
数据报方式与虚电路方式之间的区别

分组交换的优点
①无需建立连接

②存储转发，动态分配线路

③线路可靠性高
分组较小，出错的可能也就小了

④线路利用率高

⑤相对于报文交换，存储管理更容易
对于交换设备的缓存要求低了

分组交换的缺点
①有存储转发时延

②需要传输额外的信息量

③乱序达到目的主机的时候，要对分组进行排序重组

报文交换与分组交换的区别

报文交换是串行传输的
分组交换是并行传输的
传输上最大的不同在于，报文交换的数据，需要全部达到某个交换设备上，才能继续往下一个传输设备上进行传输。而分组交换是以分组为传输单位，前面的分组是不需要等待后面的分组到达后才能继续往下传输

三种交换方式的总结：

在这里插入图片描述

几种传输单元的名词辨析以及关系
在这里插入图片描述
应用层所要传输的文件就称为报文，达到传输层的时候，传输层会根据报文的大小选择是否切割，这里会形成报文段。再向下传输，会对报文段加上目的主机的IP地址，形成IP数据报。如果此时IP数据报的大小大于了MTU最大传输单元，那么会进一步分割，最终向下传输的单位是分组。分组进行添头（FCS帧检验序列）加尾（MAC地址，物理地址）形成帧。最后由物理层将帧比特流的形式转换成信号，在链路上进行传输