# 4.1 网络层功能

## 一、网络层概述

### 1.1 网络层的位置

**OSI模型**：第三层
**TCP/IP模型**：网际层

### 1.2 网络层的作用

**主要任务**：
- 将分组从源主机传输到目的主机
- 实现主机到主机（host-to-host）的通信
- 为传输层提供服务

**特点**：
- 端到端的传输
- 跨越多个网络
- 需要路由选择

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## 二、网络层的主要功能

### 2.1 转发（Forwarding）

**定义**：
- 将分组从路由器的输入接口转移到合适的输出接口
- 是局部动作（单个路由器内部）

**转发表**：
- 路由器内部维护的表
- 记录目的地址到输出接口的映射
- 根据路由表生成

### 2.2 路由选择（Routing）

**定义**：
- 确定分组从源到目的的路径
- 是全局过程（涉及多个路由器）

**路由算法**：
- 静态路由算法
- 动态路由算法

**路由协议**：
- 内部网关协议（IGP）：RIP、OSPF
- 外部网关协议（EGP）：BGP

### 2.3 拥塞控制

**定义**：
- 防止网络过载
- 保证网络性能

**方法**：
- 流量感知路由
- 准入控制
- 负载脱落

### 2.4 异构网络互联

**定义**：
- 连接不同类型的网络
- 实现网络之间的通信

**设备**：
- 路由器
- 网关

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## 三、网络层提供的服务

### 3.1 面向连接的服务（虚电路）

**特点**：
- 通信前建立连接（虚电路）
- 分组沿同一路径传输
- 按序到达
- 可靠性高

**工作过程**：
1. 建立虚电路
2. 数据传输
3. 释放虚电路

**应用**：
- X.25
- 帧中继
- ATM

### 3.2 无连接的服务（数据报）

**特点**：
- 不需要建立连接
- 每个分组独立传输
- 可能沿不同路径
- 可能失序到达
- 可靠性由上层保证

**工作过程**：
1. 直接发送分组
2. 每个分组独立路由
3. 接收方重组

**应用**：
- IP（Internet Protocol）

### 3.3 虚电路与数据报的比较

| 特性 | 虚电路 | 数据报 |
|-----|--------|--------|
| 连接建立 | 需要 | 不需要 |
| 地址 | 虚电路号 | 完整地址 |
| 路由 | 建立时确定 | 每个分组独立 |
| 分组顺序 | 按序 | 可能失序 |
| 可靠性 | 高 | 低 |
| 故障处理 | 虚电路中断 | 灵活 |
| 应用场景 | 电话网 | Internet |

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## 四、网络层与数据链路层的关系

### 4.1 层次关系

```
传输层（段）
    ↓
网络层（分组/数据报）
    ↓ 封装
数据链路层（帧）
    ↓ 封装
物理层（比特）
```

### 4.2 区别

| 特性 | 网络层 | 数据链路层 |
|-----|--------|-----------|
| 传输范围 | 端到端 | 点到点 |
| 寻址方式 | IP地址 | MAC地址 |
| 传输单位 | 分组 | 帧 |
| 路由选择 | 有 | 无 |
| 设备 | 路由器 | 交换机、网桥 |

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## 五、路由器

### 5.1 路由器的功能

- **路由选择**：运行路由算法和协议
- **分组转发**：根据转发表转发分组
- **异构网络互联**：连接不同类型的网络
- **拥塞控制**：防止网络过载

### 5.2 路由器的结构

**输入端口**：
- 物理层：比特接收
- 数据链路层：帧处理
- 网络层：分组提取

**交换结构**：
- 将分组从输入端口转移到输出端口
- 类型：内存交换、总线交换、互联网络交换

**输出端口**：
- 队列管理
- 数据链路层：帧封装
- 物理层：比特发送

**路由处理器**：
- 运行路由算法
- 维护路由表

### 5.3 路由表与转发表

**路由表**：
- 由路由算法生成
- 记录目的网络到下一跳的映射
- 可能包含多条路径

**转发表**：
- 由路由表生成
- 用于实际转发
- 优化查找速度

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## 六、考研重点

1. **网络层的功能**：
   - 转发
   - 路由选择
   - 拥塞控制
   - 异构网络互联

2. **网络层提供的服务**：
   - 面向连接的服务（虚电路）
   - 无连接的服务（数据报）
   - 两者的比较

3. **网络层与数据链路层的关系**

4. **路由器**：
   - 功能
   - 结构
   - 路由表与转发表

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*下一节：4.2 路由算法*