2020-10-19
關鍵字：OSI參考模型網絡層
1、網絡層的作用
TCP/IP參考模型與OSI參考模型都有網絡層，這一層次的重要性從TCP/IP模型沒有將它與其它層合併就可見一斑了。網絡層的目的是要實現數據包從源端網絡到達目的端網絡。我們可以將網絡通信類比成現實世界中的快遞收發過程，網絡層的作用就相當於快遞公司的物流網絡一樣是供快件在其上高效運輸的。快遞公司受發件人的委託，將會盡力保證將包裹安全送達目的城市，網絡層亦是如此。
OSI模型中的數據鏈路層是負責數據包的本地通信的，這相當於快遞員與收、發件人之間的交互過程，這一範圍通常比較小，因此只需要通過很具體的收件人姓名和電話號碼等個人信息就能準確通信了，計算機網絡中的就是MAC地址。而網絡層則相當於包裹的跨區域傳輸，靠具體的收件人姓名或電話號碼是無法運輸的，而是要更廣泛的省份、城市、城鎮等區域碼纔能有效運輸，在計算機網絡中的就是IP地址。
一句話總結：網絡層通常作用於長距離數據包交互。
2、網絡層協議
OSI參考模型描述的其實是一個計算機網絡通信協議棧，數據鏈路層有以太網協議，網絡層自然也有其相對應的協議--IP協議。
前面提到網絡層的目的是實現數據包從源端到目的端的傳遞，這個IP協議就是這一目的的具體實現。
基於IPv4的協議格式如下圖所示：
關於協議每個字段的含義筆者在另一篇博文上已有簡述：https://www.cnblogs.com/chorm590/p/12674282.html ，因此這裏就不再浪費篇幅了。
3、路由
路由一詞即可作名詞使用，亦可當動詞看待。
作名詞使用時，路由表示一個數據包從源端跨越網絡到達目的端所傳播的路徑信息。
作動詞使用時，路由表示數據包在傳輸過程中被設備執行的轉發操作。
換句話說，路由即可以表示從一個地方到另一個地方導航軟件上所顯示的路徑信息，又可以表示駕車過程中遇到具體路口選擇要轉向哪個方向的動作。
4、路由器、路由表與路由協議
路由器就是執行網絡層功能的硬件設備。
當一個路由器加入到網絡中時，它內部即會維護一張“地址信息--設備端口”的信息映射表，當網絡包到達路由器時，就根據這個表來決策這個包該往路由器的哪個口繼續傳遞，這個表就被稱爲路由表。之所以要引入路由表就是爲了節省網絡帶寬資源。如果沒有路由表，路由器只能把所有數據包往所有端口都複製一份，但可能只會有其中一個端口的數據能正確到達目的端，其餘端口出去的數據包將會迷失在網絡海洋中。這樣一來，隨着網絡規模的不斷壯大，網絡中將會充斥着大量的無效數據包從而浪費網絡資源。
路由協議主要有兩種：
1、距離矢量路由協議；
2、鏈路狀態路由協議；
距離矢量路由協議會使相鄰的幾個路由器之間相互交換各自知道的去往某個網絡的距離和方向，它有點類似於“走一步看一步”的路由模式。
鏈路狀態路由協議同樣也是相鄰路由器之間交換網絡信息，但是這個協議裏交換的是更加全面的網絡信息。這種協議下每個路由器在轉發數據包之前都知道該數據包的完整傳遞路徑。
兩種協議相比，距離矢量路由協議轉發效率較高，對內存的消耗也較少，但缺點自然是通信速度可能會偏慢。而鏈路狀態路由協議則正好相反。