概述
基本概念
网络层的作用是将分组从一台发送主机移动到另一台接收主机。为此，需要两种重要的网络层功能：
转发： 当一个分组到达路由器的一条输入链路时，路由器必须将该分组移动到适当的输出链路。
路由选择： 当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。计算这些路径的算法为路由选择算法。
某些网络层体系结构中如ATM、帧中继等还有第三种重要的网络功能连接建立。要求从源到目的地沿着所选择的路径彼此握手。
网络层服务模型
网络层服务模型定义了分组在发送与接收端系统之间的端到端运输特性。在发送主机中，当运输层向网络层传递一个分组时，能由网络层提供的特定服务包括：确保交付、具有时延上界的确保交付、有序分组交付、确保最小宽带、确保最大时延抖动、安全性服务。
因特网网络层提供了单一的服务，称为“尽力而为服务”。使用尽力而为服务，分组间的定时是不能确保被保证的，分组接收的顺序也不能保证与发送顺序一致，传送的分组也不能保证最终交付。然而，这样一种简化的网络层服务模型有其存在的正当理由。
虚电路和数据报网络
与运输层相类似，网络层也能够在两台主机之间提供无连接服务或连接服务。虽然有很多相似之处但也存在着重大差异：
- 1.在网络层中，这些服务是由网络层向运输层提供的主机到主机的服务。在运输层中，这些服务则是运输层向应用层提供的进程到进程的服务。
- 2.至今为止的所有主要计算机网络中，网络层或者提供了主机到主机的无连接服务，或者提供了主机到主机的连接服务，而不同时提供这两种服务。仅在网络层提供连接服务的计算机网络称为虚电路网络。仅在网络层提供无连接服务的计算机网络称为数据报网络。
- 3.运输层面向连接服务是在位于网络边缘的端系统中实现的，网络层除了在端系统中，也在位于网络核心的路由器中实现。
虚电路网络
一条虚电路的组成如下：
- （1）源和目的主机之间的路径（即一系列链路和路由器）
- （2）VC号，沿着该路径的每段链路的一个号码
- （3）沿着该路径的每台路由器中的转发表表项
一条虚电路在每条链路上具有不同的VC号，每台中间路由器必须用一个新的VC号替代每个传输分组的VC号。该VC号从转发表获得。为什么使用不同的VC号：（1）逐链路代替该号码减少了在分组首部中VC字段的长度。（2）大大简化了虚电报的建立。
在虚电路中有3个明显不同的阶段：
- 虚电路建立 在建立阶段，发送运输层与网络层联系，指定接收方地址，等待网络建立虚电路。网络层决定发送方与接收方之间的路径，即该虚电路的所有分组要通过的一系列链路与路由器。网络层也为沿着该路径的每条链路决定一个VC号。最后，网络层在沿着路径的每台路由器的转发表中增加一个表项。在虚电路建立期间，网络层还可以预留该虚电路路径上的资源（如带宽）
- 数据传送 一旦创建了虚电路，分组就可以开始沿该虚电路流动了
- 虚电路拆除 当发送方（或接收方）通知网络层它希望终止该虚电路时，就启动这个阶段。然后网络层通常将同志网络另一侧的端系统结束呼叫，并更新路径上每台分组路由器中的转发表以表明该虚电路已不存在了。
数据报网络
在数据报网络中，每当一个端系统要发送分组，它就为该分组加上目的端系统的地址，然后将分组推进网络中。当分组从源到目的地传输，它通过一系列路由器传递。每个路由器都使用分组的目的地址来转发该分组。特别是，每台路由器有一个将目的地址映射到链路接口的转发表，路由器使用该分组的目的地址在转发表中查找适当的输出链路接口。整个过程无需建立任何虚电路，路由器不维护任何虚电路状态信息。