OSI模型中的网络层

网络层是OSI模型中自下而上的第三层。该层传输可变长度的数据序列，同时保持从源到目的地以及从一个网络到另一个网络的服务质量。

这一层处理许多链接，数据以数据包的形式表示。它执行的基本功能是路由，这意味着数据包在路由器的帮助下从一个网络传输到另一个网络以到达目的地。路由是选择快速、可靠且最短的路径来将数据包从一处传输到另一处的过程，这意味着该层确保数据包通过最佳可能路径进行传输。

OSI模型中网络层的功能

• 互联网络 (Internetworking)： 这是通过使用交换机、路由器、网关等中间设备连接不同网络以转发数据包的过程。
• 主机到主机的数据传输 (Host-to-Host delivery of data)： 也称为源到目的地数据传输或机器到机器数据传输。网络层负责将数据包从一个主机传输到另一个主机。它确保数据包到达正确的目标系统。
• 逻辑寻址 (Logical Addressing)： 发送方发送的数据包在头部包含源和目的IP地址，以便数据包可以毫无问题地到达其预定目的地。IP地址用于识别网络中的设备。IP地址是主机ID和网络ID两者的结合。由于存在许多网络、主机、机器或服务器，因此在头部添加IP地址可以识别数据包应到达的正确主机。
• 路由 (Routing)： 这是选择最佳路径以将数据包从源主机安全传输到目的主机的过程。在发送方和接收方之间有许多路由器，路由是在这些路由器的帮助下完成的。数据包根据头部和转发表中可用的信息从一个路由器路由到另一个路由器，再到另一个路由器；因此，数据包到达目标设备。有多种路由算法，这些协议是在路由过程中传输数据包时所遵循的。
• 分片 (Fragmentation)： 每个节点都有接收数据的容量限制。节点能达到的最大容量称为最大传输单元（MTU）。不同的节点可能有不同的容量。如果数据大小超过最大传输单元（MTU），则数据包被分解成片段，这个过程称为分片。之后，所有片段被发送到目的主机。分片是在网络层由路由器完成的。
• 分组 (Packetizing)： 它处理从上层接收的数据，并将其转换为数据包以到达目的地。如果数据包在源端被分段，那么网络层必须确保每个片段都正确无误地到达目的地。
• 拥塞控制 (Congestion Control)： 如果网络上的负载超过了网络的容量，就会导致拥塞，这也可以在网络层进行处理。拥塞控制是一种用于控制拥塞的技术，可以使用漏桶算法和令牌桶算法来处理。根据漏桶算法，无论源主机的数据包速度如何，数据包都会被投入桶中，桶以恒定的速率泄漏数据，即借助漏桶将高流量转换为恒定流量。另一方面，根据令牌桶算法，令牌以固定的时间间隔被投入桶中，如果桶达到其最大容量，它将停止接收令牌。它会持有所有令牌直到达到容量，然后将令牌排队并发送到目的地。

网络层的协议

然而，网络层使用许多协议来正确执行其任务，下面我们将讨论其中一些协议：

• IGMP： 它是Internet组管理协议（Internet Group Management Protocol）的缩写。它用于在网络上建立多播。换句话说，我们可以说它允许设备加入一个多播组，以便所有设备都可以接收相同的数据。它可以用于许多网络应用，如在线游戏和视频流。
• ICMP： 它是Internet控制消息协议（Internet Control Message Protocol）的缩写。如果在数据处理过程中发生意外情况，它会向发送方发送一条消息。主机、路由器和其他网络设备使用此协议来通信有关错误，然后更新主机、路由器和其他网络设备。
• ARP： 它是地址解析协议（Address Resolution Protocol）的缩写。它的工作是将IP地址解析为MAC地址。为了进行通信，了解设备的IP地址和MAC地址非常重要。如果您知道设备的IP地址但不知道MAC地址，那么ARP可以帮助找到MAC地址以进行正常通信。
• DHCP： 它是动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）的缩写。要使设备能够访问互联网，需要为其分配一个IP地址，这可以手动完成，也可以在网络管理员的帮助下自动完成。如果设备太多，网络管理员会配置一个称为DHCP服务器的特殊主机，该主机会自动为网络中的所有主机分配IP地址，以便它们可以相互通信。
• OSPF： 它是开放最短路径优先（Open Shortest Path First）的缩写。它被称为一种内部网关路由协议（IGRP）。OSPF会观察所有网络连接的状况，并自动确定路由数据包的最短路径。它在一个自治系统（AS）内运行。它利用链路状态路由或最短路径优先算法。
• BGP： 它是边界网关协议（Border Gateway Protocol）的缩写。它是一种外部网关路由协议，该协议的工作是快速有效地将数据通过互联网路由到目的地。自治系统通过BGP相互连接。

结论

• 本文为您提供了有关OSI模型中网络层的信息。该层负责将数据包从一个主机发送到另一个主机。
• OSI模型中的网络层执行许多功能，例如互联网络、主机到主机的数据传输、逻辑寻址、路由、分片、分组和拥塞控制。
• 网络层的主要作用是将从上层接收的数据转换为数据包，并使用最佳路由将其传输到目标系统，而不会丢失任何数据。
• 您已经学习了网络层的协议，如Internet组管理协议（IGMP）、Internet控制消息协议（ICMP）、地址解析协议（ARP）、动态主机配置协议（DHCP）、开放最短路径优先（OSPF）和边界网关协议（BGP）。