概要
在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運輸層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長期的爭論。爭論焦點的實質(zhì)就是：在計算機通信中，可靠交付應(yīng)當由誰來負責？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？
介紹
有些人認為應(yīng)當借助于電信網(wǎng)的成功經(jīng)驗，讓網(wǎng)絡(luò)負責可靠交付。大家知道，傳統(tǒng)電信網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是提供電話服務(wù)。電信網(wǎng)使用昂貴的程控交換機（其軟件也非常復(fù)雜），用面向連接的通信方式，使電信網(wǎng)絡(luò)能夠向用戶（實際上就是電話機）提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。因此他們認為，計算機網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)模仿打電話所使用的面向連接的通信方式。當兩臺計算機進行通信時，也應(yīng)當先建立連接，以預(yù)留雙方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。然后雙方就沿著已建立的虛電路發(fā)送分組。這樣的分組的首部不需要填寫完整的目的主機地址，而只需要填寫這條虛電路的編號，因而減少了分組的開銷。這種通信方式如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯按序到達終點，當然也不丟失、不重復(fù)。在通信結(jié)束后要釋放建立的虛電路。
但互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)者卻提出一種嶄新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路。他們認為，電信網(wǎng)提供的端到端可靠傳輸?shù)姆?wù)對電話業(yè)務(wù)無疑是很合適的，因為電信網(wǎng)的終端（電話機）非常簡單，沒有智能，也沒有差錯處理能力。因此電信網(wǎng)必須負責把用戶電話機產(chǎn)生的話音信號可靠地傳送到對方的電話機，使還原后的話音質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)范的要求。但計算機網(wǎng)絡(luò)的端系統(tǒng)是有智能的計算機。計算機有很強的差錯處理能力。因此，互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計上就采用了和電信網(wǎng)完全不同的思路，
其實互聯(lián)網(wǎng)采用的設(shè)計思路多樣化，網(wǎng)絡(luò)層就是提供簡單靈活的無連接，把數(shù)據(jù)傳輸出去的服務(wù)，
解決
您可能已經(jīng)通過郵局發(fā)送了一封信，在這樣做時，您需要在信封上寫下收件人的地址，并且很可能是您的地址以便回復(fù)。
以相同的方式，網(wǎng)絡(luò)層負責識別網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備。但是，與郵政地址不同，網(wǎng)絡(luò)層中的尋址是合乎邏輯的。這意味著地址不固定到設(shè)備，它們可能會更改。
此層中使用的地址用于遠程傳遞，如果我們使用郵局類比，遠程傳遞將向另一個組織發(fā)送信件。本地交付 - 將在后面的章節(jié)中討論，可以比作向坐在您旁邊的同事發(fā)送備注。
封裝
網(wǎng)絡(luò)層PDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元是分組。封裝需要基于來自傳輸層的段添加第3層特定信息。此類信息包括標題和預(yù)告片。它還將段與傳輸層分開以進行遠程傳遞。
路由
在網(wǎng)絡(luò)層中，這些是將數(shù)據(jù)從主機定向到目標的服務(wù)。在許多情況下，數(shù)據(jù)包可能必須通過許多中間設(shè)備（如路由器）。路由確保到目的地的路徑是管理員定義的最有效路徑。
解封
當數(shù)據(jù)包到達目的地時，必須對其進行解碼并將OSI層向上移動到應(yīng)用層，從而移動到人類網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層承載數(shù)據(jù)包，不包含有關(guān)上層的信息，例如應(yīng)用程序類型。解封裝用于將分組重新組裝成分段，然后在傳輸層中使用分段。
網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
在網(wǎng)絡(luò)層中，有兩個主要協(xié)議用于承載數(shù)據(jù)。這些是：
Internet協(xié)議版本4（IPv4）
Internet協(xié)議版本6（IPv6）
還有其他協(xié)議使用，但是，它們超出了本課程的范圍，將不再討論。
IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議） - Ipv4和IPv6。
在本課程的大部分內(nèi)容中，我們將討論IPv4，我們還將簡要討論IPv6，因為在更高級的課程（如CCNP）中更詳細地討論了IPv6中的概念。
IP定義了通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包從源設(shè)備傳輸?shù)侥繕嗽O(shè)備所需的功能。網(wǎng)絡(luò)可能包含許多節(jié)點，因此IP地址不會更改。IP不會跟蹤各種數(shù)據(jù)包或管理其流量。這些功能在其他層執(zhí)行。IP的一些特征包括以下內(nèi)容。
無連接 - 這意味著在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前不必建立連接。
媒體獨立 - 無論媒體如何; 即無線，銅線或光纖，IP地址不會改變。
不可靠的傳輸（盡力而為） - 這意味著無法保證數(shù)據(jù)包的傳輸，當數(shù)據(jù)包在傳輸過程中丟失時，可能會根據(jù)其他層（如傳輸層）的協(xié)議重新傳輸數(shù)據(jù)包。例如，如果VOIP數(shù)據(jù)包丟失，則不會重新發(fā)送，因為VOIP使用UDP，但是，當HTTP數(shù)據(jù)包丟失時，由于HTTP使用TCP，因此必須重新發(fā)送它們。
劃分網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)層的一個功能是尋址網(wǎng)絡(luò)中的主機。隨著網(wǎng)絡(luò)的增長，網(wǎng)絡(luò)管理員需要一種方法來管理這些地址。以一個國家為例，如果沒有計劃所有的地址，你能想象在發(fā)送信件時會出現(xiàn)混亂嗎？這將是一場噩夢。同樣，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)管理員需要找到一種定義不同網(wǎng)段的方法。
如果網(wǎng)絡(luò)中的主機被分成不同的網(wǎng)絡(luò)組，那么它將更易于管理。這些網(wǎng)絡(luò)組稱為子網(wǎng)。
網(wǎng)絡(luò)可以分為不同的方式，例如：
目的
地理范圍
所有權(quán)
為什么要劃分網(wǎng)絡(luò)呢？
隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可能面臨的一些常見問題包括：
性能下降
安全問題
地址管理
要解決這些問題，我們需要子網(wǎng)。
將主機劃分為不同的子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)有助于提高性能。
子網(wǎng)劃分可以幫助創(chuàng)建安全邊界，因為并非網(wǎng)絡(luò)中的所有主機都應(yīng)該相互通信。例如，銷售部門中的主機可能需要與財務(wù)部門中的主機分開。
互聯(lián)網(wǎng)使用第3層地址。如果連接到互聯(lián)網(wǎng)的所有主機都在一個網(wǎng)絡(luò)上，那么幾乎不可能進行通信。因此，當在諸如因特網(wǎng)的大型網(wǎng)絡(luò)上進行通信時，子網(wǎng)分離并使網(wǎng)絡(luò)更易于管理。
如何劃分網(wǎng)絡(luò) - 分層尋址
當我們劃分網(wǎng)絡(luò)時，我們通常使用分層尋址結(jié)構(gòu)。分層地址很重要，因為可以識別每個主機。您可以將其比作使用家譜來追蹤親戚。
分割網(wǎng)絡(luò)時，分層地址的工作方式與發(fā)送信件時可能使用的地址類似?？紤]下面的圖表。
在此圖中，地址結(jié)構(gòu)是分層的，第一級是我們發(fā)送到的國家，第二級是城市，第三級是收件人的確切地址。類似地，網(wǎng)絡(luò)層中的邏輯地址包含網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分。
在郵局，郵遞員只需要知道郵件發(fā)送到的郵局，這與代碼類似。當信件到達郵局時，那里的帖子負責將信件發(fā)送給預(yù)定的收件人。
第3層地址還具有網(wǎng)絡(luò)和主機部分。網(wǎng)絡(luò)中的路由器僅通過查看目標網(wǎng)絡(luò)在各個單獨的網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。當數(shù)據(jù)包到達目的地時，路由器必須查看整個地址，以便將數(shù)據(jù)包傳送到預(yù)定目的地。
在將大型網(wǎng)絡(luò)劃分為較小的網(wǎng)絡(luò)時，我們需要創(chuàng)建其他級別或?qū)哟蔚膶ぶ?。就像我們上面的郵政示例一樣，當我們使用分層尋址方案時，我們可以保留更高級別，例如國家/地區(qū)。然后我們可以將國家劃分到不同的城市，最后解決最低級別的各種主機或用戶。
IPv4地址由兩部分組成，即網(wǎng)絡(luò)和主機部分。地址應(yīng)該具有兩個部分以便通信成功。
IPv4地址由32位組成，我們可以不同地劃分這些位以創(chuàng)建更多主機地址或更多網(wǎng)絡(luò)，但是，在任何一種情況下，地址必須是32位長才能完成地址。
第3層的溝通
當主機想要與不同網(wǎng)絡(luò)上的主機通信時，必須使用諸如路由器之類的中間設(shè)備。路由器充當?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，如下圖所示。
從上圖中可以看出，2個不同的網(wǎng)絡(luò)上有兩臺主機。為了使它們之間的通信成為可能，在它們之間需要中間設(shè)備，在這種情況下是路由器。路由器具有主機的默認網(wǎng)關(guān)，來自這些主機的流量將通過路由器。路由器的工作是確定數(shù)據(jù)包的所在位置。
只有路由存在時才能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。所有第3層設(shè)備必須具有邏輯地址才能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
在上面的場景中，連接到主機B的網(wǎng)絡(luò)是來自主機A的遠程網(wǎng)絡(luò)，因此，我們必須具有從主機A到主機B的到該網(wǎng)絡(luò)的路由。路由器可以基于已靜態(tài)配置的路由或者路由來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。動態(tài)學習。
注意：我們將在后續(xù)章節(jié)中討論路由。
路由器使用其內(nèi)存中包含的路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，該路由表包含目標網(wǎng)絡(luò)，度量標準和下一跳設(shè)備等信息。
