第五章网络层数据链路层的任务：在相邻两个节点间实现数据帧的透明传输。网络层：负责将分组从源节点传送到目的节点。大多数局域网采用总线和环形结构，任一节点发出的数据可被所有节点接收到，因此相邻节点间的传送和源到目的节点间的传送是类似的，网络层在单个局域网中并不需要；链路层之上的网络层只是用来实现局域网的互连。大多数广域网采用点—点结构，其通信子网结构复杂且覆盖面广，从信源到信宿通常需要经过多个节点，且可能存在多条优劣不等的路由，选择最佳路由高效快速地传递数据是网络层的主要功能；与此密切相关的另一个功能是子网的维护，始终保持通信子网高效有序地运行，意义重大但也非常困难，涉及到许多理论上和技术上的难点。总之，广域网的网络层功能详尽而且概念全面，下面就以广域网（点-点）的网络层为背景来进行讨论。将数据从信源传送到信宿，最重要的是选择一条合适的路由，所谓合适是指该路由能够较好地满足特定数据的传输要求，如省时、经济或安全。从各条可能的路由中选出最优的或较优的路由，就是网络层的①路由选择功能。如果大量用户都选择了少数几条最优路由，就会形成数据在网络局部聚集，引起局部资源紧张，这就是②拥塞；另外短时间内大量数据涌入并超出网络容量时，也会引起拥塞；如果发生拥塞后不及时疏导，还会引起更严重的后果，即网络阻塞，这时网络性能急剧下降，数据吞吐量接近为零。为保证通信子网的正常运转，拥塞控制也是网络层的重要任务之一。当数据从源节点到目的节点必须穿越多个网络时，各个中间网络的差异，如数据速率、分组长度、编址方法、控制协议等的不同，会给数据传输带来许多问题，网络层必须设法解决这些问题，完成③网络互连的功能。网络层是通信子网的最高层，网络层向上提供的接口，通常也是网络向用户提供的接口。一般来说，用户只是使用网络提供的服务，而不必关心网络实现的具体细节，因此，网络层还必须定义完善的④服务和接口以供用户调用。网络层提供的服务和网络层的三个主要功能。5．1网络层提供的服务及网络层的操作方式5．1．1网络层提供的服务网络层上应该提供什么样的服务，一直有两派意见争执不下：①一派以Internet团体为代表，认为通信子网本质上是不可靠的，无论采取什么措施都改变不了这个事实，为了保证数据的正确传输，主机总是要进行差错控制的。既然如此，何不干脆简化网络层的设计，使其只提供最简单的无连接数据传输服务，而将剩下的工作全部交由主机（传输层）来完成呢?在这种方式下，每个分组携带完整的地址信息，独立传输，独立寻址，彼此之间不需要保持任何顺序关系。②另一派是以电话公司为代表，认为网络层应该提供较为可靠的面向连接的服务。发送数据前先建立连接，其好处是可以对诸如控制参数、可选服务类型、服务质量等进行协商，确定需要的服务，另外可以保证数据的顺序投递，也便于进行流量控制。这一派主要强调要面向连接，是否需要可靠服务是可以协商的选项。网络层上提供无连接服务，则网络层(子网)设计简单，而传输层(主机)协议复杂；相反，网络层上提供面向连接的服务，则网络层复杂而传输层简单。这两种服务都有自己的适用场合，无连接服务适用于要求快速投递而允许偶然出错的实时系统，如实时数据采集系统；而面向连接的服务适用于实时的电视图像传送。例如：全球最大的互联网络Internet，它的网络层是无连接的；而支持多媒体通信的ATM网络是面向连接的。网络层上提供的服务是可靠的或不可靠的，与这种服务是面向连接的或无连接的，并没有什么关系。可靠是指数据没有丢失、损坏或重复，它是用应答来实现的，因而可靠／不可靠可以用有／无应答来区分；面向连接的实质是保证数据的传递顺序，其特征是传输数据必须经过建立连接、传送数据和拆除连接三个阶段。从理论上来说，四种组合都是存在的，但占主导地位的只有两种，即可靠的面向连接的服务和不可靠的无连接服务。5．1．2网络层的操作方式网络层上有两种不同的操作方式：虚电路方式和数据报方式，提供面向连接服务的网络层采用虚电路方式，而提供无连接服务的网络层采用数据报方式。1．虚电路方式在虚电路方式中，相互通信的两个端系统间必须首先建立起一条网络连接，也就是为数据传输事先选择好一条从信源到信宿的路由，然后双方使用该路由全双工地向对方发送数据。优点：①可以省去对每个分组单独进行路由选择的开销，②所有分组都沿着相同的路由串行前进，可以保证数据传送的顺序。在一个计算机网络中，任意两个端系统间都可能并发通信，而且同一对端系统间也可能存在多条网络连接以支持多对进程间的同时通信，因此在同一条物理信道上常常会有多条网络连接通过，那么如何区分在物理信道上正在传送的分组属于哪条网络连接呢?每一条物理信道在逻辑上都可看成是由多条逻辑信道组成，逻辑信道实际上是由节点内部的分组缓冲器来实现的，通常为每条逻辑信道固定分配