计算机网络层详解：协议、路由与IPv6应用

本章节来自计算机网络教材《计算机网络：自顶向下策略》的第四章，由Jim Kurose和Keith Ross撰写，第六版。杭州电子科技大学的徐建教授翻译了部分内容，版权受保护。本章主要探讨了网络层（Network Layer）的相关理论和技术。 在本章中，学习者将深入理解网络层服务的基本原理，包括网络层服务模型，如前向转发（Forwarding）和路由机制。路由是网络层的核心功能，涉及路径选择和路由表的更新，它决定了数据包从源到目的地的路径。章节内容还涵盖了网络层服务如何随着技术发展而扩展，特别是IPv6的引入，以及移动性支持的增强。 4.1 概览部分介绍了网络层服务的整体框架，强调了它在数据通信中的作用。4.2 虚电路（Virtual Circuit）与数据报（Datagram）网络的区别被详细讲解，前者提供可靠的数据传输，后者则更为灵活但不保证数据顺序。 4.3 部署路由结构时，讲解了Internet Protocol（IP），这是网络层的关键协议。IP datagram格式、IPv4地址体系以及ICMP（Internet Control Message Protocol）的作用都是重要内容。此外，章节还介绍了IPv6的发展，为互联网提供了更大的地址空间和新的特性。 4.5 路由算法是本节的重点，涉及链路状态路由（Link-state）、距离矢量路由（Distance-vector）和层次路由（Hierarchical routing）等不同类型的路由算法。这些算法在实际网络设计中起着关键作用，决定着数据包的路径选择效率。 4.6 在实际的互联网环境中，路由协议如RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）和BGP（Border Gateway Protocol）的应用被深入剖析，它们各自有其优缺点，适用于不同的网络规模和环境。 4.7 广播和多播路由（Broadcast and Multicast routing）是另一个重要的概念，用于提高网络效率，特别是在大量数据传输或组播应用中。 整个网络层的工作流程是从发送主机开始，将数据段封装成数据报，然后通过网络层主机进行路由转发。网络层负责检查数据报的IP头字段，确保数据报沿着正确的路径前进，直到最终到达接收主机。这个过程贯穿物理层（Physical Layer）、数据链路层（Data Link Layer）直至网络层本身，形成了一套完整的通信链条。 总结来说，第四章网络层深入剖析了网络通信的核心逻辑，包括服务模型、路由技术、协议细节以及实际应用中的路由算法和协议选择。掌握这些内容对于理解和构建复杂的网络架构至关重要。