1、网络层功能概述

网络层的主要任务是把分组从源端传送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。数据报可以划分为更小的单位，叫做分组。

网络层的主要功能有以下三种：

功能一： 路由选择与分组转发，最佳路由

功能二： 异构网络互联

功能三： 拥塞控制，若所有节点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此就要采取一定的措施，缓解这种拥塞。 拥塞控制的方式有以下两种：开环控制-静态的；和闭环控制-动态的。

2、数据交换方式

数据交换使得数据通过网络的核心路由器从源主机到达目的主机。当不使用交换设备(二层的交换机，网桥和三层的路由器)，则任意两个需要进行通信的主机之间都需要进项连接，则需要的链路数量是 C n 2 C_n^2 Cn2条。若只使用一个交换设备，则只需要构建 n n n条链路就可以实现 n n n台主机之间的通信，但是这样会大大增加交换设备的压力，因为数据吞吐量过大。所以采用多个交换设备构成交换设备网络来实现不同主机之间的相互通信。

进行数据交换的方式包括以下三种：电路交换，报文交换和分组交换，其中分组交换又可以分为数据报方式和虚电路方式。

2.1 电路交换

电路交换包含以下三个阶段：建立连接(呼叫/电路建立)→通信→释放连接(拆除电路)，其特点是独占资源，具有通信时延小，有序传输，没有冲突和实时性强的优点。

但是电路交换有以下相应缺点：建立连接的时间长；线路独占，使用效率低；灵活性差；和没有差错控制能力。

2.2 报文交换

报文： 源应用发送的信息整体。报文交换通过交换设备进行存储转发之后到达目的主机。所以报文交换具有：无需建立连接；存储转发，动态分配线路；线路可靠性高；线路利用率高和多目标服务等优点。

但是报文交换同样有：存储转发时延；报文大小不定，需要网络节点有较大的缓存空间等缺点。

2.3 分组交换

分组： 将大的数据块分割成小的数据块。分组交换具有以下优点：无需建立连接；存储转发，动态分配链路；线路的可靠性高；线路利用率高；相对于报文交换，存储管理更加容易。

但是分组交换同样有：存储转发时延；需要传输额外的信息量和乱序到达目的主机时，需要对分组排序重组等缺点。

2.4 报文交换和分组交换的比较

2.5 三种数据交换方式的比较总结

报文交换和分组交换都采用存储转发；传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时间时，采用电路交换，因为电路交换的传输时延最小。从信道利用率看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换时延更小。

3、 分组交换中的数据报交换方式和虚电路交换方式

数据报方式为网络层提供无连接服务，所谓的无连接服务指的是：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。

虚电路方式为网络层提供连接服务，所谓的连接服务指的是：首先为分组的传输确定传输路径(建立连接)，然后沿该路径(连接)传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。

不同网络层次的传输数据单元如下图所示：

3.1 数据报交换方式

无连接： 因特网当前使用数据报进行发送信息，使用的是无连接服务，不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。

每个分组携带源地址和目的地址

路由器根据分组的目的地址转发分组： 基于路由协议/算法构建转发表；检索转发表；每个分组独立选路。

3.2 虚电路交换方式

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥二者的优点

虚电路： 一条源主机到目的主机类似于电路的路径(逻辑连接)，路径上所有节点都要维持这条虚电路的建立，都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路信息。其通信过程如下所示：

3.3 虚电路和数据报的不同点