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网络规划设计师-（11）网络层

news 2024/11/7 20:51:17

什么是网络层？

网络层是计算机网络的一层，位于数据链路层和传输层之间。它负责将源主机发送的数据包通过互联网传输到目标主机。网络层的主要任务是实现逻辑上的主机到主机之间的通信，将数据包从源主机传输到目标主机，而不需要了解具体的网络拓扑结构。

计算机网络中，网络层的主要功能是什么？

网络层是计算机网络体系结构中的一层，负责在不同的网络节点之间进行数据传输和路由选择。网络层的工作包括以下几个方面：

封装和解封装：网络层负责将上层应用数据进行封装，添加网络层协议头，并传递给下一层进行传输。在接收端，网络层将接收到的数据进行解封装，去除网络层协议头，并将数据传递给上层应用。

接收和发送数据包：网络层接收上层应用传递过来的数据，将数据分割成适当的大小，并为每个数据包添加目标地址和其他必要的信息。然后，网络层将这些数据包通过链路层发送到下一个节点。在接收端，网络层接收数据包，并根据目标地址和路由表等信息，决定将数据包传递给哪个接口或下一个节点。

路由选择：网络层使用路由选择算法来确定数据包的路径。路由选择算法根据网络拓扑和路由表等信息，选择最佳路径来传输数据包。常用的路由选择算法有静态路由、动态路由和本地路由等。

分组转发：网络层将接收到的数据包向目标节点转发。在分组转发过程中，网络层根据目标地址查询路由表，找到下一跳的目标节点，并将数据包发送到相应的接口。

网络地址转换：网络层负责对网络地址进行转换。例如，将内部的私有IP地址转换为公共的IP地址，以使得数据包能够在不同网络之间进行传输。

网络拥塞控制：控制数据包在网络中传输的速率，以避免网络拥塞和数据丢失。
错误检测和纠正：通过添加检错码和校验和来检测和纠正数据包在传输过程中的错误。

总体来说，网络层负责将数据进行分组、路由选择、地址转换和转发等操作，以确保数据能够在不同网络节点之间进行传输。它在计算机网络中扮演着重要的角色，实现了网络的互联和通信功能。

常见的网络层协议和技术有哪些？他们是如何工作的？

常见的网络层协议和技术有以下几种：

IPv4（Internet Protocol version 4）：IPv4是目前最常用的网络层协议，它使用32位地址来标识网络上的设备，通过分组交换来传输数据。它将数据分成多个数据包，每个数据包中包含源IP地址和目标IP地址，路由器根据这些地址将数据包发送到目标设备。

IPv6（Internet Protocol version 6）：IPv6是IPv4的升级版，它使用128位地址来标识设备，解决了IPv4地址不足的问题。IPv6还引入了一些新特性，如移动IP支持、安全性增强等。

ARP（Address Resolution Protocol）：ARP协议用于将IP地址转换成MAC地址，以便在局域网中进行通信。当设备发送数据时，需要知道目标设备的MAC地址，通过ARP协议可以查询目标设备的MAC地址。

ICMP（Internet Control Message Protocol）：ICMP协议用于在IP网络中传递控制消息，如网络不可达、主机不可达等，同时还可以用于网络测试和诊断。

OSPF（Open Shortest Path First）：OSPF是一个用于路由选择的内部网关协议（IGP），它可以根据网络拓扑信息计算最短路径，并将这些信息传递给其他路由器，以实现数据的最优路径选择。

BGP（Border Gateway Protocol）：BGP是一个用于路由选择的外部网关协议（EGP），在不同的自治系统之间进行路由的交换和选择。

这些网络层协议和技术通过数据包交换和路由选择等机制来实现数据的传输和转发。数据根据源IP地址和目标IP地址进行封装和解封装，在网络中通过路由器进行转发，直到到达目标设备。路由器根据路由表和路由算法选择下一跳，将数据包转发给目标设备。这样实现了数据的可靠传输和路由选择功能。

网络层如何实现网络地址转换？

网络层实现网络地址转换的主要方法是使用网络地址转换（NAT）。NAT是一种在网络层上操作的技术，它允许将私有网络中的IP地址转换为公共网络地址，以便与外部网络进行通信。

NAT的主要工作原理如下：

路由器或网关设备上配置了NAT表，其中包含了私有网络中每个设备的IP地址和相应的公共网络地址。
当私有网络中的设备发送数据包到外部网络时，路由器会检查该数据包的源IP地址，并将其替换为相应的公共网络地址。
路由器还会在NAT表中记录下这个数据包的源IP地址和目标IP地址的映射关系，以便在返回数据包时能够正确地将公共网络地址转换回私有网络地址。

通过使用NAT，私有网络中的多个设备可以共享一个公共网络地址，实现了IP地址的转换和映射。这样可以有效地解决IPv4地址不足的问题，并提高网络的安全性，因为私有网络中的设备在外部网络看来是通过同一个公共网络地址进行通信的。

网络层中的虚电路通信子网和数据包通信子网分别是什么？

在网络层中，虚电路通信子网（Virtual Circuit Switching Network）和数据包通信子网（Packet Switching Network）是两种不同的通信方式。

虚电路通信子网是一种面向连接的通信方式。在建立通信之前，发送方和接收方需要先建立一条虚拟的通信路径（虚电路），通过这条路径进行通信。在通信过程中，每个数据包都会按照指定的路径传输，直到传输完毕。虚电路通信子网可以保证传输的顺序不变，并且通常具有较低的延迟和较高的可靠性。

数据包通信子网是一种无连接的通信方式。在发送数据包时，发送方将数据包划分为一系列的数据包，并通过网络发送给接收方。每个数据包都独立传输，可以按照任意路径传输，不需要事先建立连接。数据包通信子网通常具有较高的灵活性和吞吐量，但由于传输路径不确定，可能导致传输的顺序发生变化或者丢包。

总的来说，虚电路通信子网适用于对传输顺序和可靠性要求较高的场景，而数据包通信子网适用于对灵活性和吞吐量要求较高的场景。

虚电路通信子网是怎么工作的？

虚电路通信子网是一种在数据通信中使用的网络技术，它通过预先建立和维护一条通信路径，来实现数据的传输。

虚电路通信子网的工作过程可以分为以下几个步骤：

建立连接：发送方向网络中的节点发送连接请求，请求通过网络到达接收方节点。如果连接请求被接收，网络中的节点会为该连接分配一条通信路径，并将这条路径的信息存储在连接表中。在建立虚电路之前，每个数据包都会被赋予一个虚电路标识符，以便在网络中跟踪和管理。

通信路径的分配：当连接被建立时，网络中的节点会为该连接分配一条通信路径。这条路径包括了网络中经过的所有节点和链路。这些节点和链路组成了一个虚电路。

数据传输：一旦连接建立并分配了通信路径，发送方就可以开始向接收方发送数据。数据从发送方节点经过连接路径传输，一直到接收方节点。

数据接收：接收方收到数据后，会进行处理，可能是存储数据或者将其传递给上层应用程序。

连接释放：当通信结束后，发送方或接收方可以发送连接释放请求，以释放之前建立的连接和资源。网络中的节点会删除连接表中的相关信息，并回收通信路径中的资源。

虚电路通信子网的工作原理是通过提前建立连接和分配通信路径，来提高数据传输的效率和可靠性。与包交换网络相比，虚电路通信子网在建立连接和维护连接上需要更多的开销，但在数据传输过程中可以更好地保证数据的顺序和稳定性。

什么是数据报通信子网？

数据报通信子网（Datagram Communication Subnet）是一种基于数据报传输的网络通信协议。它主要用于在网络中传输数据包，每个数据包都是独立的，包含了目标地址和源地址信息。数据报通信子网使用无连接的通信方式，不需要建立和维护持久的连接，每个数据包都可以独立地选择路径进行传输。

数据报通信子网通过将数据包从源节点传输至目标节点，实现了节点之间的通信。在传输过程中，数据包可以经过多个中间节点进行转发和处理，具有灵活性和可靠性。数据报通信子网支持广播和多播通信模式，可以同时向多个目标节点发送数据包。

数据报通信子网的主要特点包括：

无连接性：不需要事先建立连接，每个数据包可以独立地进行传输。
独立性：每个数据包都包含了目标地址和源地址信息，可以独立选择路径进行传输。
网络拓扑灵活：数据报通信子网可以支持多种网络拓扑结构，包括星型、环形、网状等。
多播和广播支持：可以同时向多个目标节点发送数据包，实现多播和广播通信。
可靠性：数据报通信子网通过使用检错和重传机制，确保数据包的可靠传输。

数据报通信子网在互联网中得到广泛应用，例如在Internet Protocol（IP）中使用的IPv4和IPv6协议就是基于数据报通信子网的。通过数据报通信子网，实现了全球范围内的节点之间的通信，支持了互联网的功能和应用。