【計算計網絡】網絡層概述

概述

轉發和路由選擇

網絡層的作用是将分組從從一台發送主機移動到一台接收主機。為實作這個操作，需要兩個重要的功能。

即①轉發  ②路由選擇

• 轉發 當一個分組到達路由器的一條 輸傳入連結路 時，路由器必須将該分組移動到合适的 輸對外連結路 。
• 路由選擇 當分組熊發送方流向接收方時，網絡層必須決定這些分組所采取的 路由或路徑 。計算這些路徑的算法被稱為 路由選擇算法（routing algorithm）。
• 二者的一些差別

  轉發涉及的是分組在單一的路由器中從一條輸傳入連結路到輸對外連結路的傳送。

  路由選擇涉及一個網絡中所有的路由器，它們經過路由選擇協會共同互動，以決定分組從源到目的地結點所采取的路徑。

  每台路由器都有一張

轉發表（forwarding table）

。路由器通過檢查到達分組的首部字段的值，用該值在路由器的轉發表中索引查詢找到輸對外連結路接口，來轉發分組。

  路由選擇算法決定了插入路由器轉發表中的值。路由選擇算法可能是集中式的也可能是分布式的。不論何種方式，都是路由器接收路由選擇協定封包并用該封包配置轉發表。

術語

  約定術語分組交換機是指一台通用分組交換機，它根據分組首部字段中的值，從輸傳入連結路接口道輸對外連結路接口轉移分組。某些分組交換機被成為

鍊路層交換機（link-layer switches）

，是基于鍊路層幀中的字段的值做轉發決定。其他分組交換機稱為

路由器（router）

,基于網絡層資料報中的字段的值做轉發決定。

連接配接建立

  網絡層有兩個重要的功能即轉發和路由選擇。但是在某些計算機網絡中，還有第三種重要的網絡功能，即

建立連接配接（connection setup）

  某些網絡體系結構ATM、幀中繼、MPLS，要求從源到目的地沿着所選擇的路徑彼此握手，以便在給定源到目的地連接配接中的網絡層資料分組能夠開始流動之前建立起連接配接狀态。

### 網絡服務模型

>網絡服務模型（network service model）定義了分組在發送端與接收端系統之間的端到端的運輸特性。

考慮網絡層能夠提供的某些服務。在發送主機中，當運輸層向網絡層傳遞一個分組時，能由網絡層提供的特定服務包括：

• 確定傳遞。這個服務確定分組最終将到達目的地。
• 具有時延上屆的確定傳遞。該服務不僅確定分組正确傳遞，而且在特定的主機到主機時延上屆内傳遞。
• 有序分組傳遞。 該服務確定分組以它們發送的熟悉的到達目的地。
• 確定最小帶寬。這種網絡層服務模仿在發送和接收主機之間的一條特定比特率的傳輸鍊路的行為
• 確定最大時延抖動。該服務確定位于發送方的兩個相繼分組之間的時間量等于在目的地接收到它們的時間量（或者這種間隔的變化不超過某些特定的值）。

• 安全性服務。使用僅由源和目的主機知曉的一個秘密會話秘鑰，在源主機中的網絡層能夠加密向目的主機發送的所有資料報負載。在目的主機的網絡層則能夠負責解密該負載。

  除機密性外，網絡層還能夠提供資料完整性和源鑒别服務。

這些隻是網絡層能夠提供的部分服務清單，還有許多可能的服務變種。

  網際網路的網絡層提供了單一的服務，稱為

盡力而為服務（best-effort service）

。使用盡力而為服務，分組之間的定時是不能確定被保證的，分組的接收順序也不能保證與發送順序一緻，傳送的分組也不能保證最終傳遞。這是一種極為簡化的服務層模型。（後面會介紹為何其提供的服務如此簡化）

  其他的網絡體系結構已定義和實作了許多超過網際網路的盡力而為服務模型。如ATM網絡體系結構提供了多重服務模型，意味着可以在相同的網絡中為不同連接配接提供不同類别的服務。這裡簡單介紹下ATM兩個重要的服務模：恒定比特率和可用比特率服務。

• 恒定比特率（Constant Bit Rate,CBR）ATM網絡服務

  CBR的服務目标從概念上将就是使網絡連接配接看起來就像在發送與接收主機之間存在一條專用的、固定帶寬的傳輸鍊路，以使性質相同的虛拟管道提供分組流（ATM術語：信源流）。

• 可用比特率（Avaliable Bit Rate）ATM網絡服務。

  ABR服務下的信元可能會丢失，信元也不會被重排序，對使用ABR服務的連接配接來說，最小信元傳輸速率（MCR）是可以得到保證的。如果在給定的時間内網絡有足夠空閑資源，發送方也可以利用比CBR更高的速率成功發送資料。

  ATM ABC能夠為發送方顯示提供網絡擁塞資訊，以便發送方調整發送速率。

  《計算機網絡自頂向下方法》學習筆記

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