网络层服务对比与互连问题解析

"第四章 网络层答案1" 在计算机网络中，网络层扮演着至关重要的角色，它向上提供了两种服务模式：面向连接的虚电路（Virtual Circuit）服务和无连接的数据报服务。这两种服务各有其特点和适用场景。 面向连接的服务，如ATM（异步传输模式）或帧中继网络，会在通信前预先建立一条虚拟路径，确保两端之间的通信资源被预留。这种方式的优点在于能够提供确定的服务质量，保证数据分组的顺序、完整性及传输时限。然而，其缺点在于增加了网络的复杂性，并可能导致较高的网络成本，因为需要预分配和维护资源。 无连接的数据报服务，如IP（Internet Protocol）协议，不需要预先建立连接，而是直接将数据分组发送出去，每个分组独立选择路由。这种方式的优点在于灵活性高，不需要预先分配资源，适合于动态变化的网络环境。但其缺点在于无法保证服务质量，可能会出现数据丢失、重复或失序，且不提供传输时限保证。 网络互连的实际意义在于扩大资源共享的范围，使得不同网络中的用户能够相互通信，同时也扩展了通信的地理覆盖区域。当进行网络互连时，需要解决一系列共同问题，包括但不限于不同的寻址方案、最大分组长度、网络接入机制、超时控制、差错恢复方法、状态报告、路由选择技术、用户接入控制、服务类型以及管理与控制方式。 中间设备，如转发器、网桥、路由器和网关，各自承担着不同的网络连接和数据处理职责。转发器主要在物理层操作，仅延长信号的传输距离，而网桥工作在数据链路层，处理MAC地址，用于连接相同类型的局域网。路由器则位于网络层，依据IP地址进行数据包的转发决策，用于连接不同类型的网络。网关是最高级别的中间设备，它们能在多个网络层协议之间转换，允许不同协议的网络相互通信。 IP协议是TCP/IP协议栈的核心，负责在不同网络间实现数据包的传输，让异构网络看起来像一个统一的整体。ARP（Address Resolution Protocol）协议用于将IP地址解析为物理地址，以便在同一局域网内的通信。RARP（Reverse Address Resolution Protocol）则是反向过程，将物理地址转换为IP地址。ICMP（Internet Control Message Protocol）协议提供了错误报告和查询功能，有助于提高数据交付的成功率。IGMP（Internet Group Management Protocol）用于管理和发现局域网内的多播组成员关系。 IP地址分为五类：A、B、C、D、E。A、B、C类地址通常用于主机，其中网络号和主机号的字节数不同，D类地址用于多播，E类地址保留供未来使用。IP地址的主要特点是分等级的结构，便于管理和分配，同时允许网络管理员在分配到的网络号下自定义主机号，增加了网络设计的灵活性。