网络层协议及分析

《网络层协议及分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络层协议及分析（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第5章 网络层协议及分析.,2,内容提要,网络层概述 路由选择与流量控制 Internet的网络层协议分析,3,重点和难点,重点 网络层的功能 网络层协议 虚电路和数据报 IP协议及其发展 难点 路由选择协议的理解 流量控制原理 IP协议分析,4,概述,主要功能 实现在整个网络系统内的连接，即控制通信子网的正常运行以完成数据通过系统的交换。 关键技术 路由选择和流量控制,5,5.1 网络层概述,网络层功能 将若干逻辑信道复用到一个单一数据连路上。 提供路由选择。 提供交换虚电路和永久虚电路的连接。 提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认。 对通过DTE-DCE间的接口的分组进行差错及流量

2、控制。 检测和恢复分组层的差错。 为某些网络提供附加数据报业务。,6,5.1 网络层概述,网络层提供的服务 面向连接服务 数据传输过程分成三个阶段 连接建立、数据传输的维持和拆除连接阶段 面向无连接服务 传输数据前无需建立连接 要传输的分组自己携带对方的目的地地址自找路由 到达接收端的分组可能乱序 特点 传输效率高，但可靠性差 适用于数据量比较小的场合,7,5.1 网络层概述,虚电路和数据报 虚电路 基本思想 每个与分组交换网相连的DTE上都配置一组逻辑信道（实际上，每个逻辑信道就对应了一个缓冲区），每次通信开始前，先由发方DTE发送一个呼叫请求分组，并在该分组中携带主叫与被叫的全称网络地址以

3、在双方的逻辑信道之间建立一个连接，这个端到端逻辑信道的组合就是虚电路。 一旦连接建立后，双方只要使用该组确定的逻辑信道号，即可沿着呼叫时确立的虚电路进行双向数据分组的传输。,8,5.1 网络层概述,虚电路和数据报 虚电路 分类 交换虚电路 临时建立，包括建立、数据传输和拆除VC三个阶段。 永久虚电路 是在两个特定用户间固定分配的一条虚电路，无需建立与拆除，只有数传阶段。,9,2019年1月28日,路由器R1的转发表:,路由器维持连接状态信息!,12,22,32,1,2,3,VC 号,接口号,R1,R4,R2,R3,虚电路和数据报 虚电路 示例,5.1 网络层概述,10,5.1 网络层概述,虚电

4、路和数据报 数据报 基本特点 无需建立虚电路，每个分组携带有源和目的用户地址，沿不同路由并发地到达接收端，在中间节点上每个分组要进行路由选择。 分组到达接收端的顺序不同，接收端需要重新排序。 网络的利用率高，传输时延小，但网络管理复杂。,11,5.1 网络层概述,虚电路和数据报 数据报 示例,H1,A,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,12,5.1 网络层概述,虚电路和数据报 比较,13,5.2 路由选择与流量控制,概述 路由选择（RS）与流量控制（FC）是网络层的两大主要任务。 路由选择

5、计算机网络的通信子网的拓扑结构通常是分布式的，为2个DTE之间提供了多个不同的路由。 一条优化的路由，可以使网络获得较好的运行性能和应用效率。 流量控制 作用在于保证网络中的信息流能够自由无阻地传输,14,5.2.1 路由选择,概念 是指网络中每个节点具有自动选择最佳路径以将报文传输到目的地的能力。 “最佳路径”，往往要根据具体的网络而定。 可靠性、经济性、效率、 过程 与邮政系统对信件的分拣过程类似。 被传送的分组写上报文号、分组号及目的地址；网络节点设立一张路由选择表，在表中列出目的地址与输出链路之间的对应关系，节点机根据报文分组所载目的地址查询路由表，以决定该报文分组应该通过哪条链路发送

6、，也就是进行路由选择。,15,5.2.1 路由选择,路由选择的要求 算法要正确完整，并尽量简单。 具有可拓性，可适应网络内节点与链路的拓扑变化与网络通信流量的变化。 能正确、迅速、合理地传输报文信息。 路由选择的方法 非适应型路由选择算法 如随机式路选法、扩散式路选法以及固定式路选法 算法简单，但不能随着网络通信量的大小或者拓扑结构的变化而变化 具有自适应能力的路由选择算法 又称为动态路由选择方法。 孤立的适应式路选法、分布的适应式路选法以及集中的适应式路选法。 实现较复杂，但有较好的适应性。,16,5.2.1 路由选择,简单的路由选择算法 扩散式 完全扩散：网络节点收到报文时即将它复制多份向

7、除了来向之外的所有链路发送 选择扩散：节点将接收的报文发往靠近目的地端的输出线 随机式 按某个随机数的值选择发送报文分组的输出链路 固定式 每个节点保存一张路由表 该路由表依据最短路径算法指定出的到达各目的地节点的相应的输出链路。,17,5.2.1 路由选择,自适应路由选择算法 集中式适应型路由选择方法 网络中的节点每隔一定的时间向路由控制中心（RCC）汇报自己节点的状态。 汇报的内容：节点机的名称、排队长度以及每条链路所传输的通信量的大小 按照某种规则，如网络总平均时延最小等，结合收集的报告和网络的性能，选择计算网络中各节点到其他节点的最佳路径。 缺点 RCC失效的问题、发送路由信息的时延问

8、题、传输路由信息的额外开销问题。,18,5.2.1 路由选择,自适应路由选择算法 孤立式适应型路由选择方法 各节点孤立地根据本节点当前搜集到的有关运行状态的信息决定路由，并不与其他节点交换路由信息。 基本思想 使到达本节点的分组尽快离开本节点。 也称为“热土豆”法。 缺点 可能使总的传输时间延长,19,5.2.1 路由选择,自适应路由选择算法 分布式适应型路由选择方法 每个节点周期性地与其相邻的节点交换路由选择信息，同时将本节点的决定信息再周期性地传递给周围的各节点。 缺点 每次交换的信息只在相邻接节点间发生，故对于某一个节点的突然变化，不可能很快就传递到全网，因此可能产生某些节点的路由选择不

9、是最优的情况。 实现 依据距离向量计算 依据链路状态计算,20,5.2.2 流量控制,拥塞的产生与流量控制的目的 拥塞的概念 当网络中的资源不能满足用户对资源的需求时就产生了拥塞。 拥塞的结果 增加了传输时延 减少了网络的吞吐量 死锁是拥塞的极端现象,21,5.2.2 流量控制,拥塞的产生与流量控制的目的 流量控制的概念 指采用某种技术，有效、动态地分配网络资源，以对网络中的通信量进行平滑的一种方法。 包括通信量控制、拥塞控制、路由控制和时延控制等几部分。 流量控制的目的 提高网络中消息的传递速度、增大网络容量以及提高网络的可靠性。,22,5.2.2 流量控制,拥塞的产生与流量控制的目的 流量

10、控制的功能 避免网络过载而引起的吞吐量下降和传输时延的增加。 避免产生网络死锁 在相互竞争的网络用户间提供公平的网络资源,23,5.2.2 流量控制,拥塞的产生与流量控制的目的 流量控制的方式与方法 流量控制的级别 段级 在相邻两节点间或者主机到节点间维持一个均匀的流量 入口到出口级 关心的是源节点和目的节点之间的流量控制，防止在输出节点出现缓冲区的拥塞 入网级 考虑源主机和目的主机之间的流控，以控制从外部进入网络的通信量 运输级 在源主机进程和目的主机进程之间的虚电路连接中的流控，以防止进程级用户缓冲区出现拥塞。,24,5.2.2 流量控制,拥塞的产生与流量控制的目的 流量控制的方式与方法

11、流量控制的方法 证实法 发送方发送分组后等待接收方给予证实，然后再发送，接收方也可缓发证实来解决控制发方速度问题。 丢弃法 若干节点机的缓冲区在报文到达时已满，则将到达的报文丢弃。 预约缓冲区法 在数据报方式工作的网络中，由源节点预约目的节点缓冲区。 许可证法 在网内设定一定数量的“许可证”，并允许每个许可证携带一个分组。 思路是要控制通信子网中的总通信量。,25,5.4 Internet的网络层协议分析,概述 采用无连接数据报机制 只提供“尽力而为”的数据传输 IP层的主要特点 提供无连接的数据报传输机制 能完成点对点的通信 数据的传输是不可靠的,26,5.4 Internet的网络层协议分

12、析,IP协议的主要功能 IP寻址 能唯一地标识Internet中的每一个可寻址的通信实体。 实体的标识方法： 分级地址：国家号、网络号、主机号和端口号 平面地址：直接为Internet的每一个实体赋予一个唯一的编号 面向无连接的数据报传送 分段、重装、物理网络地址与IP地址的转换、各种格式的帧与IP数据报的转换、 数据报路由选择 在同一网段上，数据报可以沿实际物理路径传送 通过不同网段时，IP数据报要能够经由路由器或网关进行传送 差错处理 ICMP协议,27,5.4 Internet的网络层协议分析,IP协议分析 IP数据报的格式,28,31,IP数据报的格式,29,首 部,0,4,8,16,

13、19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,固 定 部 分,30,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长

14、度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,31,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,32,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长

15、度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,33,由应用设置，分为5个子域 优先级指示报文的重要性 Delay /Throughput /Reliability/Cost 1111表示低延迟、高吞吐率、高可靠性、低费用 （一次只能一位为1） 路由器把TOS作为选径时的参考，不更改,服务类型,34,对不同应用建议的TOS值,35,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,36,首 部,0,4,8,16,19,2