TCP/IP之网络层服务网络层服务虚电路网络数据报网络数据报网络与虚电路网络的对比

网络层服务

网络层提供的服务是，主机与主机的数据传输。发送主机向接收主机发送数据段（ segment）。首先，发送主机将来自传输层的数据段封装到数据报中，然后传输给接收主机，途中可能会经过路由器，路由器和主机一样，都运行网络层的协议，路由器会根据ip数据报的头部信息选择转发路径。接收主机接收到数据报之后，再向上交付，交给传输层。

网络层核心功能-转发与路由

转发(forwarding):将分组从路由器的输入端口转移到合适的输出端口 路由(routing): 确定分组从源到目的经过的路径。

数据分组传输之前两端主机需要首先建立虚拟/逻辑连接。网络设备（如路由器）参与连接的建立。 网络层连接与传输层连接的对比:

• 网络层连接: 两个主机之间 (路径上的路由器等网络设备参与其中)
• 传输层连接: 两个应用进程之间（对中间网络设备透明）

网络层的服务类型

网路层服务类型主要有两种，分别是无连接服务(connection-less service)和连接服务(connection service)

无连接服务

• 不事先为系列分组的传输确定传输路径
• 每个分组独立确定传输路径
• 不同分组可能传输路径不同
• 典型的无连接服务代表是数据报网络(datagram network )

连接服务

• 首先为系列分组的传输确定从源到目的经过的路径(建立连接)
• 然后沿该路径（连接）传输系列分组
• 系列分组传输路径相同，所有分组的传输路径都是相同的
• 传输结束后拆除连接
• 典型的连接服务的代表就是虚电路网络(virtual-circuit network )

数据报(datagram)网络与虚电路(virtual-circuit)网络是典型两类分组交换网络

• 数据报网络提供网络层无连接服务
• 虚电路网络提供网络层连接服务
• 类似于传输层的无连接服务（ UDP）和面向连接服务（ TCP），但是网络层服务：主机到主机服务,网络核心实现

下面我们分别详细介绍这两种重要的服务，数据报网络和虚电路网络

虚电路网络

虚电路：一条从源主机到目的主机， 类似于电路的路径(逻辑连接)

• 分组交换
• 每个分组的传输利用链路的全部带宽
• 源到目的路径经过的网络层设备共同完成虚电路功能

简单的说，就是先逻辑上建立一条连接，确定一条传输的路径，然后所有分组的传输都是走这同一条路径，而且每个分组独占这条链路的全部带宽。

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虚电路的通信过程分为三步：呼叫建立(call setup)→数据传输→拆除呼叫

呼叫建立后，会唯一确定一条传输的链路，这条链路会有一个标识，随后每个分组携带的不是目的地址，而是这条链路的标识。每个分组携带虚电路标识(VCID)，而不是目的主机地址，虚电路经过的每个网络设备（ 如路由器） ， 维护每条经过它的虚电路连接状态。

虚电路VC的具体实现

1. 从源主机到目的主机的一条路径
2. 虚电路号（ VCID） ， 沿路每段链路一个编号
3. 沿路每个网络层设备（如路由器）， 利用转发表记录经过的每条虚电路

也就是说，路由器是根据虚电路号来进行转发的，所以分组携带的不是目的地址而是虚电路号。 沿某条虚电路传输的分组，携带对应虚电路的VCID，而不是目的地址 同一条VC ，在每段链路上的VCID通常不同 路由器转发分组时依据转发表改写/替换虚电路号

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我们家庭用的固定电话机通常就是用的虚电路。

数据报网络

网络层无连接 每个分组携带目的地址

路由器根据分组的目的地址转发分组

• 基于路由协议/算法构建转发表
• 检索转发表
• 每个分组独立选路

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数据报的转发表，我们最直观的想法当然是根据不同的目的地址确定转发出口，如图

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但这样会造成一个问题，我们有四十多亿个ip地址，如果每个ip都这样配置一个输出链路，显然转发表会变的巨大无比，转发效率也会降低，所以我们采用的解决方法是通过ip地址范围进行转发

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如下图的数据转发表

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在匹配的时候，我们采用最长前缀匹配策略，也就是尽可能选择细的地址范围。

最长前缀匹配优先：在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最 长的入口（ entry）。

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数据报网络与虚电路网络的对比

Internet (数据报网络)

• 计算机之间的数据交换
• “弹性” 服务，没有严格时间需求
• 链路类型众多
• 特点、性能各异
• 统一服务困难
• “智能” 端系统 (计算机)
• 可以自适应、性能控制、差错恢复
• 简化网络，复杂“边缘”

ATM (VC网络)

• 电话网络演化而来
• 核心业务是实时对话：
• 严格的时间、可靠性需求
• 需要有保障的服务
• “ 哑(dumb)” 端系统（非智能）
• 电话机
• 传真机
• 简化“边缘” ，复杂网络