网络层笔记一、网络层提供服务的方式
引言：在计算机网络领域。网络层应该向传输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接的”）曾引起长期的争论。争论的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？
1、网络层提供可靠交付—虚电路服务
1.1、想法来源
一些人认为应该借助电信网的成功经验，让网络提供可靠交付。大家知道，传统电信网的主要业务是提供电话服务。电信网络使用昂贵的程控交换机（其软件也很复杂），用面向连接的通信方式，使电信网络能够向用户（实际是电话机）提供可靠传输的服务。因此，他们认为，计算机网络也应模仿打电话所使用的面向连接的通信方式。
1.2、实施方式
当两个计算机进行通信时，也应当建立连接（但在分组交换中是建立一条需电路VC（Virtual Circuit）），以保证双方通信所需的一切网络资源。然后双方就沿着已建立的虚电路发送分组。这样的分组的首部不需要填写完整的目的主机地址，而只需要填写这条虚电路的变化，因此减小分组的开销。这种通信方式如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点，当然也不会丢失、不会重复。在通信结束时，释放双方建立的虚电路。
虚电路：表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储方式转传送，而不是真正建立了一条物理连接。请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此，分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。
1.3、虚电路示意图： 
图1、虚电路服务
图1是网络提供虚电路服务的示意图，主机H1和主机H2之间交换的分组都必须在事先建立的虚电路上传送。
1.4、虚电路未被采用的原因？
早期曾经出现过X.25,它是交换网第一个面向连接的服务，也是第一个公共数据网络。这说明早期使用虚电路也是一种可行的方式，但是虚电路增加了中间设备的成本。同时依旧对传输层存在依赖性。相关例子。它。现在基于IP的互联网网络层不是面向连接的，传输层的TCP保证传输可靠性。
2、网络层提供不可靠交付—数据报服务
2.1、想法：
因特网的先驱们，提出一种崭新的网络设计思路。他们认为，电信网提供端到端可靠传输的服务队电话业务是适合的，因为电信网的终端（电话机）非常简单，没有智能，也没有差错处理能力。因此电信网必须负责把用户电话机产生的语音信号可靠地传送到对方的电话机，使还原后的语音质量符合技术规范要求。
但是计算机网络的端系统是有智能的计算机，计算机有很强的差错处理能力（这点和电话机有本质区别）。因此因特网在设计上就采用了和电信网完全不同的思路。
2.2、设计思路：
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、进最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（一个IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。网络层不提供服务质量的承诺。 这样，所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（即不按发送顺序到达终点），当然也不保证交付的时限。
尽最大努力交付：虽然并不表示路由器可以任意丢弃分组，但在网络上这种交付的实质就是不可靠交付。
2.3、数据报服务示意图： 
图2、数据报服务
图2给出了数据报服务的示意图，主机H1向主机H2发送的分组各自独立地选择路由，并且在传送过程中还可能丢失。
2.4、数据报服务优势：
可能很多人好奇，既然虚电路保证发送的分组无差错、按序到达终点，且不丢失不重复。而数据报服务只能尽最大努力交付，为什么现在数据报服务方式得到推广呢？
这是因为，由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，就使得网络中的路由器可以做的比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比）。如果主机（即端系统）中的进程之间的通信是可靠的，那么就由主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。这样设计的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。因特网能够发展到今天的规模，证明了当初采用这种设计思路的正确性。用户数据报服务，充分发挥了大众终端（PC）的作用，降低了网络造价，易于推广。
3、虚电路与数据报的主要区别
图3、虚电路与数据报服务对比
图3 归纳了虚电路与数据报服务的主要区别，包括思路、连接建立、终点地址、分组转发、节点故障、差错处理等。
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参考资料：
《计算机网络第六版》 谢希仁著
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