"本文主要介绍了网络层的重要协议——地址解析协议ARP,并探讨了网络层的主要功能,包括路由选择、网络互连以及向上层提供的服务。此外,还详细讨论了网络层设计的关键点,如存储转发的数据包交换机制,以及网络层为运输层提供的无连接服务和面向连接服务的概念。"
在计算机网络中,地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)是网络层的一个关键协议,它的主要任务是将网络层的IP地址转换为数据链路层的MAC地址,以确保数据包能够正确地发送到目标设备。工作原理是:当主机需要向某个IP地址发送数据时,它会首先检查自己的ARP缓存,如果缓存中有对应IP的MAC地址,则直接使用;如果没有,主机就会发送一个ARP请求广播,询问网络中哪台设备的IP地址与目标IP匹配,收到该请求的目标设备会回应一个ARP应答,包含其MAC地址,主机接收到应答后将信息存入ARP缓存,以便后续使用。
网络层的主要职责包括路由选择,即确定数据包从源主机到目的主机的最佳路径。这通常通过路由器来实现,路由器根据路由表中的信息决定数据包的转发方向。同时,网络层还负责网络互连,使得不同类型的网络如局域网(LAN)和广域网(WAN)能够相互通信。此外,网络层向上层(如传输层)提供服务,这些服务分为两类:无连接服务和面向连接服务。
无连接服务,如IP网络所提供的,不需要在数据传输前建立连接。每个数据包(IP数据报)独立发送,没有顺序关联,也不保证服务质量。这意味着数据包可能会丢失、重复或失序,且无传送时限保证。这种服务适用于对实时性要求不高的应用。
相反,面向连接的服务如X.25和ATM,需要预先建立连接,确保双方通信所需的网络资源。这种方式可以提供更稳定、有序的通信,适用于需要高质量保证的业务。
在实现无连接服务的数据报子网中,数据包的寻址和转发至关重要。每个数据包都携带目标IP地址和源IP地址,路由器通过查找路由表决定下一个转发的节点。而网络层协议环境的设计要求服务应与通信子网技术无关,运输层对通信子网的细节应该是透明的,网络地址需采用统一编号方式。
总结来说,地址解析协议ARP在网络层中起着桥梁作用,连接网络层的IP地址与数据链路层的MAC地址。网络层则负责复杂的数据包路由和交换,同时向上层提供两种不同类型的通信服务,以适应各种网络应用场景的需求。