《计算机网络 第五章(rev 1-1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络 第五章(rev 1-1)（119页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机网络原理,第1章计算机网络概述第2章计算机网络体系结构 第3章物理层第4章数据链路层 第5章网络层 第6章传输层 第7章应用层 第8章局域网技术 第9章 实用网络技术,5.1 通信子网的操作方式和网络层使用的服务5.2 路由选择5.3 拥塞控制,第5章网络层,网络层是OSI参考模型中的第三层，介于运输层和数据链中路层之间。它在数据路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。,第5章网络层,第5章网络层,网络层关系到通信子网的运行控制,体现了网络应用环境中资源子网访
2、问通信子网的方式，是OSI模型中面向数据通信的低三层（也即通信子网）中最为复杂、关键的一层。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、阻塞控制和网际互连等。,第5章网络层,网络层的内部组织、向主机提供的服务在分组交换网中，通信子网向端系统提供的服务有虚电路和数据报。通信子网内部的操作方式也分虚电路和数据报两种方式。,5.1 通信子网的操作方式和网络层提供的服务,端点之间的通信是依靠通信子网中的节点间的通信来实现的，在OSI模型中，网络层是网络节点中的最高层，所以网络层将体现通信子网向端系统所提供的网络服务。在分组交换方式中，通信子网向端系统提供虚电路数据报,应用层运
3、输层网络层数据链路层物理层,应用层运输层网络层数据链路层物理层,H1,H2,虚电路,H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送,网络层所提供的服务虚电路,IP数据报,丢失,H1,H2,应用层运输层网络层数据链路层物理层,应用层运输层网络层数据链路层物理层,H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送,6.1 网络层功能,网络层所提供的服务数据报,5.1.1 虚电路操作方式,在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点的目的节点之间先要建立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用的，所以称之为“虚”电路。,5.1.1 虚电路操作方式,每个节点到其它任一节点之间可能有若干条虚电路支
4、持特定的两个端系统之间的数据传输，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路径可能相同也可能不同。,节点间的物理信道在逻辑上均可看做由多条逻辑信道组成，这些逻辑信道实际上由节点内部的分组缓冲器来实现。所谓占用某条逻辑信道，实质上是指占用了该段物理信道上节点分配的分组缓冲器。不同的逻辑信道在节点内部通过逻辑信道号加以区分，各条逻辑信道异步时复用同一条物理信道。一条虚电路可能要经过多个中间节点，在节点间的各段物理信道上都要占用一条逻辑信道用以传送分组。,5.1.1 虚电路操作方式,由于各节点均独立地为通过的虚电路分配逻辑信道，也即同一条虚电路通过各段信道所获取的逻辑信道可
5、能是不相同的，所以各节点内部必须建立一张虚电路表，用以记录该点的各条虚电路所占用的各个逻辑信号。为使节点能区分一个分组属于哪条虚电路，每个分组必须携带一个逻辑信道；同样，同一条虚电路的分组在各段逻辑信道上的逻辑信道可能也不相同。传输中，当一个分组到达节点时，节点根据其携带的逻辑信道号查找虚电路表，以确定该分组应发往的下一个节点及其下一段信道上所占用的逻辑信道号，有该逻辑信道号替换分组中原先的逻辑信道号后，再将该分组发往下一个节点。,5.1.1 虚电路操作方式,各节点的虚电路表是在虚电路建立过程中建立的。比如，与A节点相连的源端系统要经中间节点B、C跟与D节点相连的目的端系统建立一条虚电路，源端
6、系统可发出一个呼叫请求分组，该分组除了包含目的地址外，还包含源端系统所选取的不用的最小逻辑信道号N。A节点收到请求分组后在A节点与下一节点B间所有已使用的逻辑信道号之外选取一个最小编号NA，并将请求分组中的逻辑信道N替换成该逻辑信道号NA，再将分组成发送给节点B。此后的各节点依次逐个根据自身实际情况选取新的逻辑信道号（如NB、NC、ND等）来替换收到的分组中的逻辑信道号。最后，目的节点D将请求分组传送给连接它的端系统。在此过程中，每个节点的虚电路表中要记录两个逻辑信道：前一个节点所选取的逻辑信道号和本节点所选取的逻辑信道号。这样便使得虚电路所跨越的每一段连接上的逻辑信道号都是唯一的。,5.1.
7、1 虚电路操作方式,图5.1给出一个虚电路表建立的示例，这里假设建立了6条虚电路。由于虚电路上的数据是双向传输的，为保证两节点之间正、反两个方向的虚电路不相混淆，在一个节点选取逻辑信道号来替换其前一节点的逻辑信道号时，不仅要考虑与下一节点之间的逻辑信道号不相同，还在考虑与下一节点作为另一个条反向虚电路的上一节点头时所选取的逻辑信道号相区别。例在建立虚电路1-BAE时（这里1-BAE表示源节点为B，建立虚电路时选取1为逻辑信道号，并经A传送到E）在节点B中，尽管A节点是第一次作为B节点的下一节点，但由于虚电路0-ABCD中A到B间已使用了逻辑信道号0，因此在出路一栏选B到A间的逻辑信道号为1。这
8、样，当从节点A发来一个分组时，若它所携带的逻辑信道号为0，刚说明是虚电路ABCD上的正向分组；若为1，则说明虚电路BAE上的反向分组。对于虚电路2-BFE的建立也是同样情况。,5.1.1 虚电路操作方式,5.1.1 虚电路操作方式,例：虚电路表建立。假设要建立下列6条虚电路：1）ABCD；2）ACD；3）BCD；4）BAE；5）AEFD；6）BFE。解决思路：由于虚电路上的数据是双向传输的，为保证两节点之间正、反两个方向的虚电路不相混淆；在一个节点选取逻辑信道号来替换其前一节点的逻辑信道号时，不仅要考虑与下一节点之间的逻辑信道号不相同，还在考虑与下一节点作为另一个条反向虚电路的上一节点头时所选
9、取的逻辑信道号相区别。,图 6.1 虚电路建立示例,vc4,vc3,vc5,vc2,vc1,入口,出口,H1,H1,H1,0,1,2,B,0,1,2,B,B,入口,出口,A,A,H2,3,0,1,0,E,0,0,1,D,D,入口,出口,B,B,E,0,1,0,H4,0,0,1,E,H4,入口,出口,H3,B,0,0,0,E,0,0,2,D,入口,出口,B,D,C,0,0,0,H5,0,1,0,D,A,B,C,D,E,A,2,C,0,H5,C,H4,各节点的虚电路表空间和逻辑信道号都是网络资源，当虚电路拆除时必须回收。这可通过某端系统发出一个拆链请求分组，告知虚电路中各节点删除虚电路表是有关表项
10、来实现。,5.1.1 虚电路操作方式,5.1.2 数据报操作方式,在数据报操作方式中，每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。每个数据报自身携带有足够的信息，它的传送是被单独处理的。一个节点接收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所存储的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一个节点。,当端系统要发送一个报文时，将报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发给网络节点。各个数据报所走的路径就可能不同了，因为各个节点在随时根据网络的流量、故障等情况选择路由。由于各行其道，各数据报不能保证按顺序到达目的节点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。在整
11、个数据报传送过程中，不需要建立虚电路，但网络节点要为每个数据报做路由选择。,5.1.2 数据报操作方式,虚电路服务是网络层向运输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的端系统的可靠的数据传送方式。进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。为了建立端系统之间的虚电路源端系统的运输层首先向网络层发出连接请求，网络层则通过虚电路网络访问协议向网络节点发出呼叫分组在目的端，网络节点向端系统的网络层传送呼叫分组，网络层再向传输层发出连接指示；接收方传输层向发起方发回连接响应，从而使虚电路建立起来。此后，两个端系统之间就可以传送数据。数据由网络层拆成若干个分组送给通信子网，由通信子网将分组传送
12、到数据接收方。,5.1.3 虚电路服务,OSI中面向连接的网络服务就是虚电路服务。在虚电路操作方式，端系统的网络层同通信子网节点的操作是一致的。SNA就是采用这种虚电路操作支持虚电路服务方式的实例。以数据报方式操作的网络,也可以提供虚电路服 务，即通信子网内部节点按数据报方式交换数据，而与端系统相连的网络节点则向端系统提供虚电路服务。,5.1.3 虚电路服务,数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。端系统的网络层同网络节点中的网络层之间，一致地按照数据报操作方式交换数据。当端系统要发送数据时，网络层给该数据附加上地址、序号等信息，然后作为数据报以发送给网络节点；目的端系统收到的数据报可能是不按序
13、到达的，也可能有数据报的丢失。例在ARPANET、DNA（Distributed interNet Applications ）等网络中，就提供了数据报服务。数据报服务与OSI的无连接网络服务类似。,5.1.4 数据报服务,5.1.5 虚电路子网和数据报子网的比较1、路由器内存空间与带宽的权衡 虚电路方式，路由器需要维护虚电路的状态信息。数据报方式，每个数据报都携带完整的目的/源地址，浪费带宽。 2、连接建立时间与地址查找时间的权衡 虚电路需要在建立连接时花费时间。 数据报则在每次路由时过程复杂。 3、服务质量QoS（Quality of Service） 虚电路方式很容易保证服务质量QoS，
14、适用于实时操作，但比较脆弱。 数据报不太容易保证服务质量，但是对于通信线路的故障，适应性很强。,5.1.5 虚电路子网和数据报子网的比较,5.2路由选择,网络节点在收到一个分组后后，要确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择。在数据报方式中，网络节点要为每个分组路由做出选择；在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。 确定路由选择的策略称路由算法。,设计路由算法时要考虑诸多技术要素。考虑是选择最短路由还是选择最佳路由考虑通信子网是采用虚电路的还是采用数据报的操作方式采用分布式路由算法，即每节点均为到达的分组选择下一步的路由，还是采用集中式路由算法，即由中央节点或始发节点来决定整个路由考虑关于网
15、络拓朴、流量和延迟等网络信息的来确定是采用静态路由选择策略，还是动态路由选择策略。,5.2路由选择,最优化原则指：如果路由器J在从路由器I到K的最佳路径上，那么从J到K的最佳线路就会在同一路由之中。作为最优化原则的一个直接结果，可知从所有源端到目的端的最佳路由集合，形成了以目的地为根的树。这样的树称为汇集树。路由算法的目的是找出并使用汇集树。 注意：汇集树并不唯一。,5.1.1 最优化原则,图5.2 (a) 一个子网(b) 路由器B的汇集树,5.2.2 静态路由选择策略,静态路由选择策略不用测量也不需利用网络信息，这种策略按某种固定规则进行路由选择，其中还可分为最短路由选择算法扩散法基于流量的
16、路由选择,5.2.2 静态路由选择策略,1、最短路由选择算法基本思想： 构建子网的拓扑图，图中的每个结点代表一个路由器，每条弧代表一条通信线路。为了选择两个路由器间的路由，算法在图中找出最短路径。 测量路径长度的方法：结点数量、地理距离、传输延迟、距离、信道带宽等参数的加权函数。,5.4 静态路由选择,Dijkstra算法：也称为最短路径算法（Shortest Path Algorithm ）、正向搜索算法（Forward Search Algorithm），是一种集中式的静态算法。Dijkstra算法的正式定义：设：N = 网络中所有节点的集合 S = 源节点 M = 已有算法归并的节点的集合 L(i,j) = 节点i与j之间链路权值；若两个节点间没有直接连接则为 C(n) = 算法求得的当前从S到n的最少花费路由的花费算法步骤：初始化 M=SC(n)=L(S,n) for n S从不再M中的相邻节点中找到出一个具有和节点S的最少花费路由的节点，并且把节点规约进M中。更新最少的花费路径重复步骤 2 和 3 ，知道M=N.,
