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1、第4章 网络层q运输层：接受网络层提供的主机到主机的通信服务。为主机上的两个进程之间提供通信服务。 运输层只在网络的主机中出现；网络层在网络的主机和路由器中出现。本章主要讨论网络层如何实现主机到主 机的通信服务。应用层运输层网络层链路层物理层1主要内容网络层功能和服务：虚电路和数据报；路由器结构：分组转发；网络层的选路：决定分组从源到目的地所经路径的一 些选路算法。 4. 1 概述 4.2 虚电路和数据报网络 4.3 路由器的构成 4.4 IP 协议 4.5 选路算法 4.6 因特网的选路 4.7 广播和多播 小结24. 1 概述r发送方主机网络层的作用：将来自运输层的每个报文段 封装成一个数
2、据报（网络层 分组）；将数据报向目的地发送，即 向相邻的路由器R1发送。network data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physical网络层 数据链路层 物理层application transport network data link physicalapplication transport
3、 network data link physicalH1H2R1R23r接收方主机网络层的作用：接收来自相邻的路由器R2的 数据报；解封出报文段，并交付给其 运输层。 network data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physical网络层 数据链路层 物理层application transpor
4、t network data link physicalapplication transport network data link physicalH1H2R1R2路由器的主要作用：将数据报从输入链路“转发”到 输出链路。通常路由器只实现下三层部分4.1.1 转发和选路 4.1.2 网络服务模型 41、网络层功能将分组从发送主机移动到接收主机。主要包括：转发：当一个分组到达某个路由器的 输入链路时，该路由器必须将其移 动到合适的输出链路。与路由器的内部结构有关。选路：确定分组从发送方流向接收方 时所经过的路由或路径。通过选路算法计算路径。network data link physical
5、network data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physicalnetwork data link physical网络层 数据链路层 物理层application transport network data link physicalapplication transport network data link physicalH2R1R25两者区别：转发：将分组从路由器的一个输入链路接口转移到一
6、 个合适的输出链路接口的本地动作。只涉及分组在路由器中从入链路到出链路的传送选路：指分组从源到目的地的端到端路径的网络范围 动作。涉及网络中的所有路由器，集体经选路协议交互 ，决定分组从源到目的地的路径。类比汽车旅行:选路: 从起点到目的终点计划行程的过程。转发: 通过单个立交桥的过程62、路由器如何转发分组转发表：每台路由器有一张。分组首部（目的地址或某个连接标识）和相应 输出链路的对照表。 转发表的内容由选路算法决定（集中式或分布 式）。71230111到达分组首部的值选路算法本地转发表 首部值输出链路0100 0101 0111 10013 2 2 1转发方法：路由器根据到达 分组的首部
7、值在转发 表中查询，找到相应 的输出链路接口，并 将分组转发出去。83、术语r分组交换机：一台通用分组交换设备，根据分组首部 值，从输入链路接口到输出链路接口传送分组。链路层交换机：根据链路层字段值作转发决定的分组 交换机。路由器：根据网络层字段值作转发决定的分组交换机 。94、连接建立运输层连接：如TCP协议，在数据实际传输之前，需 要发送方和接收方经过三次握手建立所需的状态信息。网络连接：指网络层数据分组开始传输前，在所选择 的从源到目的地路径上的各路由器之间相互握手，建立 连接状态。如ATM、帧中继的网络层。因特网网络层不执行连接建立。使用IP协议！104.1.2 网络服务模型r问题：发
8、送主机的运输层是否能依靠网络层将分组交付到目 的地；多个分组是否能按发送顺序交付给接收主机的运输层 ；传输两个连续分组的时间间隔是否与接收到的时间间 隔相同；网络层是否能提供网络拥塞的反馈信息；连接发送与接收主机的运输层通道的抽象视图（特性 ）是什么？由网络层提供的服务模型来确定。11网络服务模型 ：定义在网络的一侧“边缘”到另一侧“边缘”之间（即在发送与接收端系统之间）端到端的数据运输特性。121、网络层可能提供的服务确保交付：确保分组到达目的地。具有时延上界的确保交付：主机到主机的时延。有序分组交付：按发送顺序到达。确保最小带宽：当发送主机以低于特定比特率的速率 发送比特，分组不会丢失，在
9、一定时延到达。确保最大时延抖动：发送方发送两个连续分组的时间 间隔与接收到的间隔相同。132、因特网网络层提供的服务单一的服务，即尽力而为服务(best-effort service)， 类似于“根本无服务”。分组间的定时不能被保证；分组的接收顺序与发送顺序不一定相同；传送的分组不能保证最终交付，即网络可能未向目的 地交付分组。143、ATM服务模型提供多重的服务模型，即在同一网络中为不同的连 接提供不同类别的服务。r恒定比特率CBR (Costant bit rate)服务：标准的ATM服务模型。适用于实时、恒定比特率 的音频和视频流。服务目标：使网络连接看起来就像在发送主机和接收主机之间有
10、 一条专用的固定带宽的传输链路。ATM信元传输时的端到端时延可变性(时延抖动)及丢 失、迟交的信元都保证在规定值以下。15r可用比特率ABR (Available bit rate)服务“比尽力服务稍好一点”的服务。可能会丢失信元，但不能被重排序 ；保证最小信元传输速率 (MCR)，或比MCR更高（有足够空闲资源）；能够为发送方提供反馈信息。16网络层服务模型:网络络体系结结构服务务模 型带宽带宽 保 证证无丢丢失保证证排序定时时拥拥塞指 示因特网尽力而 为为无 无任何可能 的顺顺序不维维持 无ATMCBR保证证恒 定 速率是有序维维持拥拥塞不 出现现ATMABR保证证 最小速率无有序不维维持
11、提供拥拥 塞指示174.2 虚电路和数据报网络r运输层：提供无连接服务和面向连接服务。如因特网的UDP、TCP 。r网络层：提供无连接服务和面向连接服务。面向连接服务：源和目的主机之间先握手。无连接服务：无握手过程。18区别：q网络层：向运输层提供的主机到主机的服务。运输层：向应用层提供的进程到进程的服务。q网络层：任何网络中的网络层只提供两种服务之一， 不会同时提供。虚电路网络：提供连接服务。数据报网络：提供无连接服务。q运输层：面向连接服务在网络边缘的端系统中实现。网络层：面向连接服务在端系统及网络核心的路由器 中实现。19本节内容4.2.1 虚电路网络4.2.2 数据报网络4.2.3 数
12、据报和虚电路服务的由来204.2.1 虚电路网络如X.25、帧中继和ATM等。根据虚电路号转发分组。211、虚电路VC 组成源和目的地之间的一条连接路径：一系列链路和路由 器；VC号：该路径上每段链路的号码，每条链路上的VC 号可能不同； 路由器转发表中的表项：VC路径上每台路由器中都有 该表。222、工作原理在源和目的之间创建一个VC；源向该VC发送带有VC号的分组；每经过一台中间路由器，用新的VC号代替原VC号： 从VC号转发表获得；分组在每条链路上的VC号不同。依此规则，直到目的地。23主机A与主机B通信过程122232132VC号接口号:路由器连接链路的接口号码 主机A与主机B之间创建
13、一条VC：路径为A R1 R2 B，3个链路分配VC号 12、22和32。 传输时，分组VC号变化过程：12 22 32A R1 R2 BABR1R2R3R4243、VC号转发表结构入接口 入VC # 出接口 出VC #1 12 2 22 2 63 1 18 3 7 2 17 1 97 3 87 例，R1中的VC号转发表。路由器维护连接状态信息!122232132VC号BR1R2R3R4AVC1 VC2 VC3 VC425只要该路由器创建新的VC，其转发表中就增加一项；终止一个VC，其转发表中就删除对应项。路由器必须为正在进行的连接维护连接状态信息，直 到该连接释放。r每条链路采用不同VC号的
14、优点：减少分组首部VC字段的长度；简化虚电路的建立过程。26虚电路的三个阶段：r虚电路建立：在发送方与接收方之间建立一条虚电路，即 决定所有分组要通过的一系列链路与路由器，并为每条链 路确定一个VC号。发送方与网络层联系，指定接收方地址，由网络建立虚电 路 (VC)。如图4-4（14步）。涉及到路径上每个路由器转发表的更新、资源的预留等。应用 运输 网络 数据链路 物理应用 运输 网络 数据链路 物理1. 发起呼叫2. 入呼叫3. 接受呼叫4. 呼叫已连接27应用 运输 网络 数据链路 物理应用 运输 网络 数据链路 物理1. 发起呼叫2. 入呼叫3. 接受呼叫4. 呼叫已连接5. 数据流开始6. 接收数据q数据传送： 沿该虚电路传输数据分组（56步）。q 虚电路拆除：由其中一方通知其网络层终止该虚电路；通知网络另一侧的端系统呼叫结束，并更新路径上 每台路由器中的转发表。28网络层与运输层连接建立区别r运输层的连接建立：只涉及两个端系统，相互协商通信并共同确定连 接的参数。网络中的路由器并不知道该运输层连接。r网络层虚电路建立：沿两个端系统之间路径上的路由器都要参与虚电 路的建立，且
