计算机网络的第4章主要探讨的是网络层的功能和协议，这一层在TCP/IP协议栈中起着至关重要的作用。网络层的主要任务是处理不同网络之间的数据传输，它提供了两种主要服务模式：虚电路服务和数据报服务。让我们详细讨论这两种服务。

虚电路服务类似于传统的电路交换网络，它在通信前先建立一个逻辑连接，确保所有的数据包沿着同一条路径传输。这种方式的优点在于数据包的传输顺序得到保证，适合于需要连续、稳定带宽的应用。然而，这种服务需要网络层负责更多的管理和控制，可能导致网络设备复杂且昂贵。

相反，数据报服务则是互联网所采用的方式，网络层不预先建立连接，每个数据包独立传输，拥有完整的源和目标地址。这种方法简化了网络设备，使得网络更具灵活性，但不保证数据的可靠性，可靠性由应用层或传输层负责。这种设计大大降低了网络成本，并允许互联网支持各种不同的应用需求。

接下来，我们来看一下网际协议IP，它是TCP/IP协议族的核心组件。IP协议负责在不同网络之间转发数据包，实现虚拟互连网络。IP地址是网络层的主要标识符，分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类用于主机，D类用于多播，E类保留用于将来使用。

IP地址与硬件地址（如MAC地址）不同，它们在不同层次上发挥作用，IP地址用于网络间的通信，而硬件地址则在局域网内识别设备。地址解析协议ARP用于将IP地址转换为硬件地址，以便数据包能够在物理网络上传输。

此外，IP数据报的格式包括头部和数据部分，头部包含源和目标IP地址、协议类型、生存时间TTL、标志和段偏移等信息。IP层在转发分组时会根据路由表选择最佳路径，并处理可能的错误和丢包情况。

在IP协议的配套协议中，网际控制报文协议ICMP用于网络诊断和错误报告，如ping和traceroute命令就依赖ICMP。网际组管理协议IGMP用于IP多播，允许单个数据包被广播到多个接收者。

网络层还需要解决异构网络互连的问题，这涉及到不同网络的寻址、分组大小、接入机制、路由选择等多个方面的兼容性和协调。例如，互联网通过路由选择算法来决定数据包的路径，这些算法包括距离矢量路由协议（如RIP）和链路状态路由协议（如OSPF）。网络层是连接不同网络的关键，它提供了数据在互联网上传输的基础框架，并通过IP协议和相关的辅助协议确保了数据的有效传输和网络的正常运行。

无论是选择虚电路服务还是数据报服务，都是为了适应不同的网络环境和应用需求。