网络层基础概念

网络层概述

网络层是 OSI 参考模型中的第三层，主要负责在不同网络之间传输数据包，实现端到端的通信。

1. 网络层功能

异构网络互联

• 不同网络类型：以太网、令牌环、ATM 等
• 不同协议：TCP/IP、IPX/SPX 等
• 不同地址格式：MAC 地址、IP 地址等
• 不同传输介质：双绞线、光纤、无线等

网络层通过统一的 IP 协议，将不同的网络连接起来，实现全球互联。

路由与分组转发

• 路由选择：为数据包选择最佳路径
• 分组转发：将数据包从源节点转发到目的节点
• 路由表维护：维护网络拓扑信息
• 负载均衡：在多条路径间分配流量

拥塞控制

• 拥塞检测：监控网络负载情况
• 拥塞避免：通过路由选择避免拥塞
• 拥塞恢复：当发生拥塞时采取措施恢复
• 流量控制：控制进入网络的数据量

2. 网络层服务

无连接服务

• 数据报服务：每个数据包独立传输
• 不保证顺序：数据包可能乱序到达
• 不保证可靠：可能丢失数据包
• 适合实时应用：语音、视频等

面向连接服务

• 虚电路服务：建立连接后传输
• 保证顺序：数据包按序到达
• 保证可靠：丢失的数据包会重传
• 适合文件传输：FTP、HTTP 等

3. 网络层协议

IP 协议（Internet Protocol）

• 无连接协议：每个数据包独立处理
• 尽力而为服务：不保证可靠传输
• 全球唯一地址：每个设备有唯一 IP 地址
• 版本演进：IPv4、IPv6

辅助协议

• ARP：地址解析协议，将 IP 地址转换为 MAC 地址
• RARP：反向地址解析协议，将 MAC 地址转换为 IP 地址
• DHCP：动态主机配置协议，自动分配 IP 地址
• ICMP：网络控制消息协议，用于网络诊断

4. 网络层设备

路由器

• 主要功能：连接不同网络，转发数据包
• 路由表：存储网络拓扑信息
• 接口：连接不同网络的物理接口
• 处理能力：根据路由表决定转发路径

三层交换机

• 集成功能：集成了交换机和路由器功能
• 高性能：硬件转发，速度快
• VLAN 支持：支持虚拟局域网
• QoS 支持：支持服务质量保证

练习题

练习 1

简述网络层的主要功能。

练习 2

网络层的无连接服务和面向连接服务有何区别？