電腦網路與連結技術：第四章 網路層    下一頁

第四章 網路層

除了介紹電路交換、訊息交換、分封交換與電報傳輸技術外，本章也詳解鏈路狀態和距離向量路之徑選擇技術，讓讀者奠定良好的網際網路觀念。

4-1 網路層簡介

內容：

4-1-1 網路層功能

『網路層』（Network Layer）負責處理將資料由一部工作站傳給另一部工作站之間的路徑選擇（routing）問題，其中包含建立、維護、以及結束兩部工作站之間的連線。連線建立時可能會有許多路徑可供選擇，但連線建立後，兩部電腦之間便依據該連線所建立的路徑來傳送訊息。

第二層鏈路層（Data-Link Layer）提供兩部工作站之間傳輸媒介的存取，以及資料流動管理，也表示兩部工作站還在同一區域內，並未跨越出網路之外和其他工作站連接。第三層網路層的功能是如何在複雜的網路之中（由多個網路所構成），尋找及連線到所欲通訊的工作站，因此可稱之為『工作站對工作站連線』（Station-to-Station Connection）。如圖4-1 中，工作站 A和工作站 B也許相距非常遠，假設工作站 A在高雄，而工作站 B在美國舊金山。兩部工作站必須在這複雜的網路上尋找到對方，假如工作站 A 所建立之連線為：A → node1 → node5 →node3 → node8 → node9 → 工作站 B。建立連線的方法是每個端點（node）都必須負責尋找下一個端點位置，也就是說，網路層的工作是由網路上所有端點共同來完成。端點也許是一個交換機、路由器、或網路閘門等網路設備。

 

圖 4-1 網路層功能

可從另一觀點來看，在兩個網路節點（如兩個路由器）之間，也許是由許多連結端點所構成，這些接續點可能是：集線器（Hub）、橋接器（Bridge）、或交換器（Switch）等，它們負責的工作是在傳輸媒介上存取與傳送訊框，這就是鏈路層最重要的功能。如圖 4-1 之中，工作站 A → a1 → a2 → a3 → node1 之間的連線，它們也許是 Ethernet 網路、或 ATM 網路等。因此，我們可以做一個簡單的結論來描述網路層和鏈路層之間的關係：工作站 A 尋找到工作站 B 所經過的網路節點之間的路徑選擇，是由網路上所有節點的網路層所共同完成的；而每一網路節點之間，也許會經過許多傳輸媒介所構成網路之間的訊息傳輸，這就是鏈路層所提供的服務。在一條網路層連線中，也許是經由許多端點的鏈路層來共同完成，這些端點可能屬於不同的網路架構，如 Ethernet 網路、或 Token-Ring 網路等。但當我們在考慮網路層的連接技術時，必須假設有關鏈路層之間的不同連結技術都已建構完成，而不用再去理會它，這才合乎通訊協定的堆疊原理。

由以上的敘述，在網路層我們歸類三個主要議題來探討：

4-1-2 連線服務方式

一般網路層有下列兩種服務型態：

● 連接導向方式（Connection-oriented）：兩部工作站傳送資料之前，先建立好連線，再依照連線路徑傳輸資料，又稱可靠性傳輸（Reliable Transmission）。

● 非連接方式(Connectionless)：兩部工作站傳輸資料之前並未建立連線，當傳送出每一筆資料時，該筆資料再依照當時網路情況，尋找適合路徑傳送，又稱非可靠性傳輸（Unreliable Transmission）。

網路層所提供連線服務型態，是一件非常關鍵性的問題，它牽連著整個網路架構的型態。在無遠弗屆的網路之中，如要提供連接導向服務，所花費的成本勢必非常的大，但它又能提供比較穩定的傳輸服務。雖然可以利用可靠的上一層服務（如，TCP）來偵測及保障非連接服務的網路連結（如，IP），但終究是亡羊補牢的做法。因此，網路型態如採用非連接服務，一般只能應用於檔案傳輸或電子郵遞方面。也就這樣，一般廣域網路使用非連接服務，但相對的，區域網路希望提供層次較高的應用（如，負荷分擔、工廠自動化等），則採用連接導向服務。

4-1-3 連結技術

連接技術是整個網路層的核心工作，主要功能是『如何在複雜的網路中尋找目的工作站之位址，並連接到它』，基本上，有下列四種連結技術：

● 電路交換技術（Circuit Switching Technique）：透過實體連線技術，在複雜的網路上連接連線兩端電腦，如電話網路系統。

● 信息交換技術（Message Switching Technique）：以傳送訊息為單位，訊息由傳送端開始每經過一個路徑，再尋找下一個空閒路徑傳送，一邊尋找路徑，一邊傳送資料到達目的地。

● 分封交換技術（Packet Switching Technique）：將欲傳送的訊息分割為若干個小封包。傳送資料之前事先尋找可以到達對方的路徑，並預定路徑中所有經過的鏈路，傳送資料時，再按照所建立成功的路徑，依序傳送訊息的小封包。

● 電報傳輸技術 (Datagram Technique)：同樣的，將欲傳送的訊息分為若干個小封包，但傳送之前並未建立路徑，就將小封包依序的發送到網路上，每一個封包自行尋找可到達目的地之路徑。

4-1-4 工作站定址方式

『工作站定址』（Addressing）（或稱命名 Naming）的功能是『使每一部工作站在一個複雜網路上有一個獨一無二的名稱，才能使其他工作站找到它』。連接技術不同，所延伸的定址方式也不相同，而且也會影響網路的成長性。基本上，定址方式是件非常複雜的問題，以電話系統為例，全世界上有上億支電話，每一支電話都必須有唯一的號碼，如果沒有一個特殊編號方式，那每一支電話的號碼也許會非常的長，而且對號碼的成長性也會受到限制。因此對於較大較複雜的網路系統，大部分都是採用階級式編碼，如電話系統用國際碼、區域號碼、以及本地號碼來組織而成，例如電話號碼是：（886-7-5744438）。一般採用定址（或命名）方式如下：

● 區域性階層定址：按照區域性關係區分為若干個階層，每一階層都編排一個特殊識別號碼。工作站再依照所在的位址給于一個名稱，隨著工作站移動位址，而必須重新命名，如電話號碼或 IP 位址的命名方式。一般較大型網路都採用此方式。

● 功能性階層定址：依照網路可能提供的服務性質分成若干層次，每一階層同樣給於特殊的名稱。工作站再依照其所從事的工作性質給於一個名稱。工作站不會因移位而必須重新命名，但會因工作內容改變而必須重新命名。一般區域網路都採用這種方式，如 Microsoft 網路的『網域 + 工作站名稱』、或 DNS 命名方式。

 

翻轉工作室：粘添壽

 

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