计算机网络之网络层（一）
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2019-05-17
一、概述
当源端和目的端位于不同网络的时候，直接通信是不可行的，此时就需要由网络层解决。
如果我们把物理层和数据链路层比作市内交通，那么网络层就可以比作连接不同城市交通的中转车站、机场或码头。
就像中转车站、机场或码头可以把来自其他城市的旅客送到下一站或本市目的地一样，网络层可以把来自其他网络中的数据传送到下一个途经的网络或本网络中的目的节点。
而路由器就相当于连接不同城市公路的中转车站，起数据中转作用。
1、为什么需要网络层呢？
因为不同网络有不同的网络层协议和地址规范，一个网络中的用户若不能识别其他网络的通信协议和地址规范，就不能把数据从一个网络传送到另一个网络中。
就像不同城市有不同的交通法规，属于不同的交警系统管理，不允许外地车辆随便出入一样，不同网络也有不同的设计规范，属于不同的组织来管理，必须通过授权，并由专门的协议来负责网络间的通信。
注意：局域网内部通过MAC地址寻址，而网络间的寻址是通过IP地址进行的。
2、网络通信的两种情况
如果通信双方在同一局域网内，可直接通过数据链路层进行相互通信
如果通信双方在不同网络内，则要通过三层地址（如IP地址）进行
注意：二层设备指能识别mac地址的设备，三层设备指能识别ip地址的设备。
那为什么就不能直接通过二层的帧在不同网络中进行传输呢？
不同网络中的统一标识就是三层地址（如IP地址），它不能识别二层的MAC地址，三层IP包封装成帧后，其中封装的源和目的IP地址作为帧的数据部分，不会改变。这些信息就是用来进行三层寻址的，且这些信息在帧传输过程中是不会改变的。
A网络发送给B网络的帧，在转发过程中，帧的MAC地址不断变化，但是IP地址永远不变。因为要不断靠MAC地址在局域网中寻找下一个转发节点或目的节点。
二、网络层主要作用
1、屏蔽网络差异，提供透明传输
网络层能够解决不同网络的规范要求差异，寻找一个不同网络间能共同遵守的网络通信规范，以便不同网络间能相互识别，并接受对方的访问请求。
这样传输层就可以在不同网络间进行透明（也就是不管不同网络间的差异，就像通信双方是直接互连一样）数据传输了。
网络层向传输层提供的服务：
①面向连接的网络服务：虚电路服务
②无连接的网络服务：数据报服务
2、为网络间通信提供路由选择
能根据一定的原则和路由选择算法在多个结点的通信子网中选择一条到达目的节点的最佳路径
3、数据包封装和解封装
对来自传输层的报文（或多个数据段）的头部添加一些网络层协议控制信息封装成数据包。数据包的头部包含源节点和目标节点的网络层地址（如IP地址）。
数据从低层到达网络层时，要去掉在数据链路层加上的数据链路层协议控制信息（也就是帧头和帧尾），还原出原来的数据包格式，这就是包的解封装过程
4、拥塞控制
避免网络传输路径中数据的传输延迟或死锁
在数据链路层提到了流量控制功能，那是针对数据链路中点对点传输速率的控制
而这里的拥塞控制是针对在网络传输路径中的端到端传输效率的控制（如避免路由器缓存空间爆满而造成丢包的情况）。
三、网络层数据交换及相关技术
在计算机网络中，两个端点之间通常需要通过中间结点实现数据通信，这些中间结点并不关心数据内容，只提供一个交换设备，把数据从一个结点转发到另一个结点，直至达到目的端。
数据交换技术主要是指网络中间结点所提供的数据交换功能。
1、线路交换（面向连接）
是在网络中利用可切换的物理通信线路直接连接通信双方所进行的一种数据交换方式。
通信前要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接（通常由一种开关电路来控制）
三个阶段：
三个阶段：
❏线路建立：通过呼叫完成逐个结点的连接过程，建立起一条端到端的直通物理线路。
❏数据传输：线路建立好后就可以直接在端到端的直通线路上传输数据。
❏线路释放：数据传输完成后，由任一用户向交换网发出释放请求信令。该信令沿通路各结点传送，指挥这些结点拆除对应的链路，以释放信道资源。
2、存储-转发
网络结点先将途径的数据流按传输单元（可以是报文或报文分组）接收并存储下来（同检验该数据单元的校验和），一个数据单元接收完后根据相关的路由算法选择一条合适的路由路径将数据转发出去，在逻辑（不是物理线路）上为数据流提供了传输通路。
由通信控制处理机（如路由器、三层交换机）负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。
1.报文交换（数据报服务）
信息以报文为单位进行存储-转发的一种数据交换方式。在报文交换方式中，报文是网络中交换与传输的数据单元
用户发送的数据不是直接发送给目的节点的，而是先在中间结点上进行缓存（这类中间结点通常是由具有存储能力的交换机、路由器承担），然后再由中间结点在线路空闲时把数据发送出去。
编辑：航网科技 来源：腾讯云 本文版权归原作者所有 转载请注明出处
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