网络层（一）

网络层概述

每台主机和路由器中都有一个网络层部分，路由器负责检查所有经过它的IP报文头部区域

两大重要功能：

• 转发（forwarding）：将分组从路由器的输入链路移动到合适的输出链路
• 路由（routing）：决定分组所采用的路由或路径（计算路径的算法——路由选择算法）

每台路由器有一个转发表，检查抵达分组的头部，使用这些头部值在其转发表里索引，来转发分组

第三种重要功能：建立连接（eg：ATM、frame relay、X.25、MPLS），两个终端主机，同时路由器也参与

网络服务模型

定义了分组在发送与接收端系统之间端到端运输特性：

• 确保交付
• 具有时延上界的确保交付
• 有序分组交付
• 确保最小带宽
• 安全性

【尽力而为服务】

虚拟电路和数据报网络

分组交换的两种网络

• 数据报网络：eg：Internet，提供网络层无连接服务
• 虚拟电路网络：eg：ATM、frame delay、X.25、MPLS，提供网络层连接服务

和运输层不同的地方：

虚拟电路网络

组成：

• 源主机和目的主机之间的路径
• VC编号，每个路径连接有一个编号
• 路由器中沿路径转发表中的条目

每个虚拟电路的分组都携带VC编号，而不是IP地址，VC编号在每条链路上会改变（由转发表决定）

虚电路中三个明显不同的阶段：虚电路建立、数据传送、虚电路拆除

虚拟电路的建立

• 信令报文（signaling message）：终端系统发送到网络中来初始化或结束VC的报文、路由器间传输来建立VC的报文
• 信令协议：用来交换报文

和传输层建立连接不同点在于网络层VC的建立连接不仅包含两个终端，还包含了路由器

数据报网络

• 没有呼叫建立连接
• 路由器不保持端对端的连接状态
• 路由器中分组的转发使用目的主机地址（相同源-目的对的分组可能会走不同的路径）

因为IP地址很多，所以转发表里列出的是一系列范围地址而不是单个的

具体范围实例

路由器使用分组目的地址的前缀与该表中的表项进行匹配，存在多个匹配时，采用最长前缀匹配

从上图中提取前缀如下

当目的地址=11001000 00010111 00010110 10100001 使用0接口

当目的地址=11001000 00010111 00011000 10101010 使用1接口（由最长匹配知不匹配接口2）

Datagram：边缘复杂、核心简单

IP：网络协议

IP数据报格式（IPv4）

关键字段：

• 版本号：4比特
• 首部长度：不包含可变选项时，通常由20字节的首部，4比特
• 服务类型：8比特
• 数据包长度：首部+数据（很少超过1500字节），16比特
• 标识、标志、片偏移：与IP分片、重组有关
• 寿命（TTL，time-to-live）：确保数据不会永远在网络中循环，每经一台路由器处理，TTL-1，减为0时丢弃该数据报
• 上层协议：指明IP数据报的数据部分应交给哪个特定的运输层协议（eg：6→TCP，17→UDP)
• 首部检验和：首部每两个字节当作一个数，反码求和；在每个路由器处都要重新计算（TTL字段值变化），检测到错误路由器通常会丢弃分组

【运输层不是已经差错检测了吗，为啥还要网络层差错检测？①IP层只是对IP首部计算检验和，而TCP/UDP是对整个报文段进行检测；②TCP/UDP和IP不一定属于同一个协议栈】

• 源和目的IP地址：32位
• 选项：时间戳、记录采用的路由、确认访问的路由器列表

IP分片

并不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组，链路层能承载的最大数据量为最大传送单元（maximum transmission unit，MTU）

问题：在不同链路层协议中MTU不同，可能会碰到大于MTU的IP分组，这时候需要用到分片，分开后在目的地重组

【重点】