网络层
网络层是网络核心的最高层，是实现大型网络互连的关键，是网络体系结构中最重要的一环
网络层服务
核心任务
将数据从源主机送达到目的主机
主要功能
- 转发
- 路由选择
- 建立连接
数据报网络与虚电路网络
数据报网络
按照 目的主机地址 进行路由选择的网络
类型：无连接服务
源主机每要发送一个分组，就给分组加上 目的主机地址，然后将该分组推进网络
每个路由器使用分组的 目的主机地址 转发分组
虚电路网络
在网络层提供面向连接的分组交换服务。双方通信前先虚电路建立连接，通信结束后再拆除连接
类型：面向连接服务
区别
| 数据报网络 | 虚电路网络 | |
|---|---|---|
| 是否建立连接 | 不建立连接 | 先建立连接 |
| 地址 | 每个分组包含源和目的端地址 | 每个分组含有一个短的虚电路号 |
| 分组顺序 | 按序发送，不一定按序接收 | 按序发送，按序接收 |
| 路由选择 | 每个分组独立路由选择 | 建立VC是需要路由选择，之后所有分组都沿此路由转发 |
| 典型网络 | 因特网 | X.25、帧中断、ATM |
网络互连和网络互连设备
异构网络互连
主要是指两个网络的通信技术和运行协议不同。例如：wifi 和 网线
同构 网络互连的典型技术：隧道技术
基本策略一：协议转换
采用一类支持异构网络之间协议转换的网络中间设备，来实现异构网络之间的数据分组的转换与转发
例如：交换机、多协议路由器
基本策略二：构建虚拟互联网络
在异构网络基础上构建一个同构的虚拟互联网络
路由器
最典型的网络层设备
具有多个输入端口和多个输出端口的 专用计算机，主要任务就是 路由选择 和 转发
结构：从功能体系划分
输入端口：
查找、转发、将到达分组 缓存排队
交换结构：
完成具体的转发工作，将输入端口的IP数据包交换到知道的输出端口。主要结构：
基于 内存 交换：性能最低，路由器价格最便宜
基于 总线 交换：输入端口和输出端口连接在一条数据总线上。独占式
基于 网络 交换：性能最高，路由器价格最昂贵。并行 交换传输
输出端口：
缓存排队，发送分组。调度策略：先到先服务调度、按优先级调度、按IP数据报的服务类型
路由处理器：
执行命令，路由协议运行，路由计算以及路由表的更新和维护
网络层拥塞控制
网络拥塞
用户对网络资源（包括链路带宽、存储空间和处理器能力）的总需求超过了网络固有的容量
网络负载在 膝点 附近时，吞吐量和分组平均延迟达到力量的平衡，网络的使用效率最高
发生拥塞的原因：
缓冲区容量有限、传输线路的带宽有限、网络结点的处理能力有限、网络中的某些部分发生了故障
流量感知路由
权值 根据网络负载 动态 调整，可以将网络流量引导到不同的链路上，均衡网络负载
准入控制
广泛应用于 虚电路网络 的拥塞 预防 技术
对建立虚电路审核，如果新建立的虚电路会导致网络变得拥塞，那么网络拒绝建立该新虚电路
流量调节
在网络发生拥塞时，通过调整发送方发送数据的速率来 消除 拥塞
路由器通过路由器的 输出端口的排队时延 感知是否发生拥塞
路由器怎么感知是否发生拥塞？
通过路由器的 输出端口的排队时延 是否越来越长
路由器在发生拥塞时，如果通知其上游结点，并且使上游结点降低发送速率？
感知到拥塞的路由器选择一个被拥塞的数据报，给该数据报的源主机返回一个 抑制分组
背压：
抑制分组在从拥塞结点到源结点的路径上的每一跳，都发挥 抑制 作用
负载脱落
有选择地主动 丢弃 一些数据报，来减轻网络负载，从而缓解或消除拥塞
Internet 网络层
Internet 是目前世界上最伟大、最重要的计算机网络。是典型的数据报网络
IP 是网络层最核心的协议
IP对数据报的处理分为：主机对数据报的处理、网关对数据报的处理
IPv4协议
动态主机配置协议
Dynamic Host Configuration Protocol，简称：DHCP
DHCP服务端端口号是67
DHCP客户端端口号是68
DHCP发送请求过程：
第一步：DHCP服务器发现（DHCP Discover）：广播方式
第二步：DHCP服务器提供（DHCP Offer）：广播方式
第三步：DHCP请求（DHCP Request）：广播方式
第四步：DHCP确认（DHCP ACK）
网络地址转换
Network Address Translation，简称：NAT
使私有地址在公共的Internet上正常通信
基于UPnP （Universal Plug and Play）协议实现NAT穿透配置
NAT工作原理：
第一步：从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到 NAT转换表 中
第二步：从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的IP地址检索 NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络
ICMP
互联网控制报文协议，Internet Control Message Protocol
进行主机或路由器间的网络层 差错报告 与 网络探测
ICMP报文 - 差错报文报告：
终点不可达、源点抑制、时间超时、参数问题、路由重定向
ICMP报文 - 询问报告：
回声请求/应答、时间戳请求/应答
ICMP报文格式：
类型、代码、校验和、由ICMP报文的类型决定、ICMP的数据部分
