【计算机网络】-网络层-网络互联

互联将多个不同的网络合并成一个更大的网络，多种不同网络长期存在，需要网络互联

网络的不同之处

网络层上可能出现一些差异，不同网络差异可能很大，从而使互联网络变得复杂

当一个数据包在到达目的网络前必须经过一个或多个外部网络时，在网络接口处会出现很多问题。例
面向连接的网络经过无连接的网络时，这些数据包可能要被重新排序，这是发送方不期望的，而接收方也不准备处理顺序问题
如何通过一个最大数据包为1500字节的网络传递一个8000子节的数据包
对于不同的网络，差错控制、流控制和拥塞控制通常也是不一样

网络如何连接起来

物理层
中继器和集线器
只是简单将数据为从一个网络搬移到另一个网络。它们只不过重新生成模拟信号，并不理解有关数字协议方面的内容

数据链路层
网桥和交换机
可以接收帧，检查MAC地址，并且将帧转发到另一个不同的网络中

网络层
路由器(router)
在网络之间存储-转发数据包，能够转换数据包格式
能够处理多种协议的路由器称为多协议路由器

传输层
传输网关(transport gateway)
两个传输层连接之间的接口

应用层
应用网关(application gateway)
可以翻译消息的语义

用一个共同的网络层来互连不同的网络

交换机和路由器的区别

交换机整个帧是以MAC地址为基础进行传输的；不必理解数据包中所使用的网络层协议
路由器从帧中提取出数据包，然后利用数据包中的网络地址来决定他的目标去向，必须理解数据包中所使用的网络层协议

隧道技术

源和目的主机所在网络类型相同，连接它们的是一个不同类型的网络，可以采用隧道技术相连

工作过程
巴黎的主机构造一个包含伦敦IPv6地址的包，将该包发送到连接巴黎IPv6网络到IPv4网络上的多协议路由器
当该多协议路由器获得IPv6包后，它把该包用一个IPv4头封装，封装后的IPv4包指向多协议路由器另一边的IPv4，该网络与伦敦的IPv6网络相连
当这个包裹着的包到达伦敦路由器，原来的IPv6包被取出来，并发送到最终的目标主机

总结

通过中间网络连接两个网络包被封装在中间
隧道类比:隧道被视为一个单一的连接数据包只能在端部输入和退出。

数据包分段

每种网络或链路都对最大数据包长有限制的原因：

硬件，如以太网帧的长度限制
操作系统，如所有的缓冲区都是512字节
协议，例如数据包长度域的比特个数
遵从某一个国家(或国际)标准
期望将“因错误而引入的重传次数”减少到某种程度
希望避免一个数据包占用信道时间过长

由于许多原因，网络有不同的包大小限制，通过碎片和重组发送的大数据包，大数据包经过小数据包网络时，网关要将大数据包分成若干段(fragment)，每段作为独立的数据包传输。

段重组策略

透明分段

分段重组过程对沿途后续的其它网络透明
网关将大数据包分段后，每段都要经过同一出口网关，并在那里重组，例：ATM网络

带来的问题

出口网关需要知道何时所有数据包都到齐
所有数据包必须从同一出口网关离开
大数据包经过一系列小数据包网络时，需要反复地分段重组，开销大

非透明分段

分段重组过程对其它网络不透明，中间网关不做重组，而由目的主机做

带来的问题

对主机要求高，能够重组
每个段都要有一个数据包头，网络开销增大
对数据包作划分时，分段必须按照能够重构原始数据流的方式编号

分段编号

偏移量法(IP采用)
定义一个基本段长度，使得基本段能够通过所有网络
数据包分段时，除最后一个段小于等于基本段长度外，所有段长度都等于基本段长度
一个数据包可以含有若干个基本分段

数据包头中数据包包括：原始数据包号、分段号、最后段指示位，其中
分段号：指当前分段在原始数据包中的偏移量
最后段指示位：指示是否是最后一个分段

(a)原始数据包，包含10个数据字节；
(b)当通过一个最大数据包长度为“8个净荷字节+头部”的网络后的分段；
(c)当通过一个最大数据包长度为5的网络后的分段