OSI网络层基本功能

OSI网络层基本功能

 

       网络层需要执行4个基本任务——用IP地址编址、封装、解封装、路由。其中前三项都很容易理解，路由是最复杂的部分，也是最有技术含量的部分。

 

一、将主机分组

 

网络很像社会的，为了便于管理会按一定的特点将主机进行分组。分组的时候参考三个方面：

 

1、地理位置

 

2、  特定用途——不同用途的主机对网络的要求是不一样的，例如电子商务和艺术设计。

 

3、  所有权——处于安全性方面的考虑。

 

二、将主机划分为网络的好处

 

随着网络规模的壮大，也会产生一些列的问题，例如：性能下降、安全问题、地址管理。将网络划分为多个相互连接的小型子网至少可以部分缓解这些问题。

 

1、  提高性能——例如将不同属性的主机分为不同的小网络，利于实现广播。

 

2、  安全性——就是按权限划分网络带来的好处。

 

3、  实现层次编址——地址分为两部分，网络地址和主机地址，其中网络编址又可分为3层，层次编址也提高了路由的效率。

 

三、（默认）网关：网络的出口

 

可以类比海关。作为设备参数，每台主机都有指定的默认网关地址。网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址（有路由功能的机器的IP地址）。当进行数据包传输的时候，网络中的主机认识自己网络中得设备的地址，如果需要向外网传输数据包，那么主机不认识目的地址，所以将数据包发给默认网关。

 

              主机具备一个网卡只能有一个网关。

 

四、路由

 

路由定义：路由器负责对到达网关接口的每个数据包做出转发决定。这个转发过程就成为路由。

 

       路由器路由表：路由表中的路由有三个主要特点：目的网络、下一跳、度量（跃点数）。可以通过路由器的控制台使用show ip route命令查看路由表。

 

       主机路由表：命令route print或netstat –r可以查看主机的路由表。

 

 

五、数据包转发

 

路由是逐个数据包逐跳（数据包由一个路由发往另一个路由）完成的。在每一跳路由器都要检查包的目的地址，然后检查路由表，查找转发信息。路由器将对数据包执行以下三种操作之一：

 

1、转发下一跳路由

 

2、转发到目的主机

 

3、丢弃

 

       路由器执行以下步骤来决定如何操作。

 

1、  作为中间设备，路由器在网络层处理数据包。但是，到达路由器接口的数据包已封装成数据链路层PDU。路由器首先要丢弃第2层封装才能检查数据包。

 

2、  检查IP地址。

 

3、  查找路由表中的匹配项。

 

4、  选择下一跳。

 

5、  然后，路由器执行下列操作之一。

 

场景A：路由器转发数据包。如果与数据包的目的网络匹配的路由是远程网络，则将数据包转发到该路由指示的接口，由第2层协议封装，然后发送到下一跳地址。如果目的网络是直连网络，数据包首先由第2层协议封装，然后发到正确的本地网络接口。

 

场景B：路由器使用默认路由。如果路由表中没有更具体的路由条目使用于抵达的数据包，则将该数据包转发至默认路由所指示的接口。

 

场景C：路由器丢弃数据包。如果数据包被丢弃，IP并未规定数据包返回前一路由器。这种功能会降低协议的效率增加开销。报告此类错误要使用其他协议。

 

六、路由器如何学习路由

 

路由器需哟其他网络的信息以构建可靠的路由表。而网络和路由是经常变化的。路由器学习路由分为两种方式：

 

静态路由——手工配置路由信息。

 

优点：1、没有处理数据包的开销；2、通常情况下是可靠的。

 

缺点：不能字段更新，需要持续的管理成本。

 

动态路由——在同一个网际网络中，路由器可以从其他路由器中动态学习路由信息。

 

优点：没有管理成本。

 

缺点：需要路由器的处理开销：交换路由信息增加了带宽的开销，由协议接受的更新需要经过复杂的算法计算才能被路由表所适用。