网络层解析：NAT转换与路由选择

"NAT网络地址转换的过程-2011年计算机网络考研辅导讲座（7、网络层--上）" 在计算机网络中，网络地址转换（NAT，Network Address Translation）是一种重要的技术，用于解决IP地址短缺的问题，并实现内部网络与外部网络之间的通信。在NAT过程中，内部主机与因特网上的主机通信时，数据报会经过NAT路由器进行地址转换。 1. **NAT转换过程**: - 当内部主机X使用本地地址IPX与外部主机Y通信时，数据报首先被发送到NAT路由器。 - NAT路由器接收到数据报后，会将数据报的源地址IPX替换为全球唯一的IP地址IPG，但保留目的地址IPY不变，然后将修改后的数据报发送到因特网。 - 当外部主机Y响应时，其数据报的目的地址是IPG，源地址是IPY。NAT路由器在接收到这个响应后，通过NAT转换表找到原始的IPX，然后将目的地址IPG转换回IPX，再将数据报转发给内部主机X。 2. **网络层的功能**: - 异构网络互联：网络层负责解决不同网络间的差异，如寻址方案、分组大小、接入方式等问题，实现各种类型网络的互连。 - 路由与转发：路由器作为网络层的关键设备，负责根据路由选择算法决定数据报的传输路径（路由选择），并将数据报转发至正确的目标端口（转发）。 - 转发表与路由表：路由器的转发表根据路由选择算法生成，用于指导数据报的实际转发操作，两者在概念上有所区分但在讨论中常混用。 - 拥塞控制：当网络负载过高时，网络层需要实施拥塞控制策略，以防止网络性能下降，确保网络的稳定运行。 3. **网络互连设备**: - 中继器与集线器：它们在物理层工作，主要功能是信号放大和再生，不涉及数据包的解析。 - 网桥与交换机：在数据链路层，用于隔离冲突域，提高网络效率。 - 路由器：在network层工作，负责不同网络间的通信，能够分割广播域。 - 网关：在更高层次，如应用层，处理不同协议之间的转换。 4. **虚拟互连网络**: - 虚拟互连网络通过IP协议使得各种异构网络看起来像是一个统一的网络，用户无需关心底层网络的具体差异。 5. **拥塞控制与流量控制**: - 拥塞控制是对整个网络资源的管理，防止过多分组导致网络性能下降。 - 流量控制通常发生在点对点通信中，是两个通信端点之间的协调，确保接收方能处理发送方的速率。 总结来说，NAT网络地址转换是网络层的一个关键机制，它使得内部网络的私有IP地址可以与外部网络的公共IP地址通信。网络层还包括路由器的路由选择和转发功能，以及在面临网络拥塞时的控制策略，这些都是计算机网络中的核心概念，对于理解互联网的工作原理至关重要。