第四章：网络层详解-服务、互联与协议解析

在《计算机网络》(谢希仁第五版)第四章中，主要探讨了网络层的关键概念和理论。网络层作为通信协议栈中的重要环节，提供了两种基本的服务模式：面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。 首先，面向连接的服务如虚电路，类似于电话系统中的预定线路，预先分配网络资源，确保分组传输的可靠性和时限性。这种服务的优点在于能够提供服务质量保证，但缺点是路由器设计较为复杂，网络基础设施成本较高。另一方面，无连接的数据报服务则更像是邮件系统，不预先建立连接，而是尽力传递，优点是适应性强，对网络资源要求较低，但无法保证数据顺序和完整性。 网络互连的意义在于扩展用户可用的资源和通信范围，同时也带来了一系列挑战，如不同网络的寻址规则、最大分组尺寸、接入机制、超时控制、差错恢复策略、路由选择算法、用户访问控制以及服务类型（如面向连接与无连接）。这些问题是进行网络互联时必须协调解决的。 作为中间设备，转发器处理物理层通信，网桥在数据链路层进行帧的转发，路由器处理网络层的包，而桥路器则是网桥和路由器功能的融合。网关则存在于网络层以上，负责不同网络间的数据转换和协议翻译。 协议层面，IP协议是网络层的核心，负责不同网络间的路由和数据包传递，配合其他协议如ARP（地址解析协议）来处理IP地址和硬件地址的映射，RARP则反之，用于从硬件地址查找IP地址。ICMP（Internet Control Message Protocol）则提供错误报告和查询功能，帮助优化数据包的传递成功率。此外，IGMP（Internet Group Management Protocol）用于管理组播通信，维护本地网络内组成员的关系。 IP地址被划分为五类，每个类别由网络号和主机号两部分组成。A类地址网络号占1个字节，B类地址网络号占2个字节，C类地址网络号占3个字节，D类地址保留给多播使用，E类地址通常用于实验和未来预留。IP地址的主要特点是标识网络和主机，灵活度高，但随着地址空间的限制，IPv6的出现成为现代网络的主流。