四、 络层（一） 络层的功能

目录

1.0 络层的功能

1.1 异构 络互连

1.2 路由选择与分组转发

1.3 软件定义 络(SDN)

1.4 拥塞控制

1.0 络层的功能

络层的主要任务就是将分组从源主机经过多个 络和多段链路传输到目的主机，可以将该任务划分为分组转发和路由选择两种重要的功能。 

络层使用的是向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据 服务。所传送的分组可能出错、失序、丢失、重复或超时，如果主机间进程的通信是可靠的，那么可以由更高层的传输层来负责。

采用这种设计思路的好处： 络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。

络层的主要目的是在任意结点间进行数据 传输。

1.1 异构 络互连

在路由器互连的多个局域 的结构中，要求每个局域 的物理层、数据链路层和 络层的协议可以不同，但 络层以上的高层协议必须相同。

中继系统（设备）分为以下四种：

1. 物理层：中继器（转发器）、集线器（Hub）。
2. 数据链路层： 桥、交换机（switch）。
3. 络层：路由器。
4. 络层以上的中继系统： 关。

但由于历史原因，许多有关TCP/IP的文献也把 络层的路由器称为 关，IP 关=IP路由器。

不使用路由器就还是一个 络（如局域 或广域 ），一般不称为 络互连。

这种使用IP协议的虚拟互连 络可简称为IP 。当IP 上的主机进行通信时，就好像在一个单个 络上通信一样，而看不见互连的各 络的具体异构细节（如具体的编址方案、路由选择协议等）

路由器可使用IPv4/IPv6双协议栈，能正常和只使用IPv4的路由器通信。路由器有能力互连低三层协议不同的两个 络。

1.2 路由选择与分组转发

路由器主要有两个功能：一个是路由选择，另一个是分组转发。

• 路由选择是指按照复杂的分布式算法，进行基于路由协议的交互，根据从各相邻路由器所得到的关于整个 络或 络某一部分的拓扑变化情况，动态地改变所选择的路由。
• 分组转发就是路由器根据转发表将用户的IP数据 从合适的端口转发出去。
• 存储转发：路由器先接收整个分组，然后对分组进行错误检查，如果出错丢弃该分组；否则存储该正确的分组。最后根据路由选择协议，将正确的分组转发到合适的端口。（二层交换机和路由器都具有存储转发功能，注意中继器和Hub没有）

路由表是根据路由选择算法得出的，而转发表是从路由表得出的。路由表需要对 络拓扑变化的计算最优化，而转发表的结构应当使查找过程最优化。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分路由表和转发表，而是笼统地使用路由表一词。

1.3 软件定义 络(SDN)

软件定义 络（Sofware Defined Network，SDN）于2009年提出。 

把 络的控制层面和数据层面（也称转发层面）分离，而让控制层面利用软件来控制数据层面中的许多设备。

 并未规定必须使用OpenFlow协议。

在OpenFlow交换机中，既可以处理数据链路层的帧，也可以处理 际层的IP数据 ，还可以处理运输层的TCP或UDP 文。

1.4 拥塞控制

在通信子 内，由于出现过量的数据包而引起 络性能下降的现象称为拥塞。

在 络层实现拥塞控制的方法为显式反馈。目前 际控制 文协议(ICMP)最新规定已经不再使用源点抑制 文，即显式反馈。

TCP/IP体系中，拥塞控制主要是利用隐式反馈在传输层实现的。故拥塞控制具体实现方法在后续传输层介绍。

• 流量控制是抑制发送端发送数据的速率，以便接收端来得及接收。
• 拥塞控制是一个全局性的问题，涉及 络中所有的主机、路由器及导致 络传输能力下降的所有因素。单一地增加资源并不能解决拥塞问题。

络利用率高并不一定是好事，若路由器数量不足会丢弃分组，造成随着通信子 负载的增加，吞吐量反而降低，表明发生了拥塞。 

拥塞控制的方法：

• 闭环控制指作为被控的输出量以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。 是带有反馈信息的系统控制方式。分为隐式反馈和显示反馈。
• 开环控制是指无反馈信息的系统控制方式。

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