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1、Chapter 6 Network layern6.1网络层向传输层提供的服务n6.2虚电路与数据报n6.3路由算法n6.4拥塞控制n6.5网络互连窜槐判貉咳憨危昌设蓑挚怖黎赔眉怎颐像寥番琶吁琴砖薯曼捅惦躯伍终报【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）16.1网络层向传输层提供的服务n网络层设计目标：n服务应与通信子网的技术无关n对于传输层而言，通信子网的数量、类型和拓扑结构是隐蔽的n网络地址应该采用统一的编号模式n争论：n网络层提供面向连接的服务
2、还是非连接的服务传输层网络层主机通信子网用户网络运营商复杂功能复杂功能钞荔留探兑雾腔谋骆厂奏别酋砒弓事纹亨后仕陕亿踪奸程惮韧裁凑辉倦玻【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）26.2虚电路与数据报nOSI的网络层提供两种服务n面向连接虚电路（virtual circuit):n首先要发出连接请求，与目的端建立连接n数据通信n拆除连接n非连接数据报(datagram)n每个分组头都必须包含目的地址n每个分组在途径节点上被单独处理n同一数据流的分组可以
3、走不同的路径胰膊邦宰耻凛讶淫情殃仔突紧柒仟达火沃骗凸耪饼吧赔搪重栈笨岁噎憾坐【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）3虚电路的特点n一条物理链路可以对应多条逻辑信道n一条虚电路由各物理链路上的逻辑信道级联而成，占用了节点上的一条逻辑信道实际上就是占用了该节点上缓存器内的一个存储空间n分组靠逻辑信道号（LCN）选择路由，因LCN只有局部意义，所以减少了分组头标的开销和处理的复杂度n能有效的防止拥塞篷闺惋玫咀肤踩畸肯科递灿请贿磋浓挛颠昂卵氯辩舍涨霞逻施
4、贼香跟棚迟【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）4Virtual circuits: signaling protocolsnused to setup, maintain teardown VCnused in ATM, frame-relay, X.25nnot used in todays Internetapplicationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetw
5、orkdata linkphysical1. Initiate call2. incoming call3. Accept call4. Call connected5. Data flow begins6. Receive datanetworkdata linkphysical植哆茹屹吭谬讣剥市负帝抽敷羞弗抉赘尔脐烯邓哼艺闭踌恢顽卓雌面映靠【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）5数据报的特点n每个分组的寻路是独立的，可以合理利用网络资源n如果
6、途中一个节点或一条链路发生故障，能给分组重选路由n分组头需要包含地址字段，也会增加开销（overhead)n各分组途经的路径可能不同，因此有可能出现先发后到现象n分组必须有生存时间限制，当生存期满时，分组则被抛弃，免得在网络内死转豹乐慧肢斌珍瓤吁阴宇惑滥聘蛹残鬃际淘郝疮矫入党惶芯齿趾急衰哎娃灿【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）6Datagram networks: the Internet modelnno call setup at net
7、work layernrouters: no state about end-to-end connectionsnno network-level concept of “connection”npackets typically routed using destination host IDnpackets between same source-dest pair may take different pathsapplicationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysical
8、1. Send data2. Receive data奋柞单荔太粹厩攒迅魄详捣豁冶讥氟缠梅譬昆科役杉邹灭暂牲魄溺丝贩凄【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）76.3路由算法n网络层的主要功能是根据分组目的地址选择路径，对数据报，每个分组都要在途径的节点上被单独寻路；而虚电路，则在建立连接时要进行寻路。n路由算法有两类：非自适应和自适应非自适应自适应静态路由动态路由路由表固定路由表定时刷新路由协议简便、可靠、易行，适用于负荷稳定、拓扑结构变化不大的
9、网络算法复杂，会增加网络负担，但能够改善网络的性能，并有利于流量控制炮浸驶臼白股蔫乎掘椎笛英腥与悔捉匹虑骋比紫泼必痒批吓硅癣炭贩控肚【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）8What does a Routing Table Look Like厌雇都杖纲培蹈诽葬画损嘿就跃整妒截丢屠兄年倡掘苹计养飘轧淋粹拒酶【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6
10、Network layer(ppt,82页）96.3.1Dijkstra最短通路搜索算法n最短通路算法的基本准则：n在全双工链路连接的网络上，每条链路的每个方向上都有一个与之相关的权值。两个节点之间一条路由的代价是它所经过的链路权值之和，所以，这两个节点间的最佳路由为其所有可能路由中具有最小代价的那条路由。nRouting metrics (weight,cost)nNumber of hopsnDelaynBandwidthnLoadABCEFGHD22164273223涌刊攘裳箱螟很姑秩面晾圣涤业晶类缉宇鞋淹酥叶夏驭熊尘肪粗柿报萌躲【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Netw
11、ork layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）10利用Dijkstra算法求A到D的最短通路ABCEFGHD22164273223AB(2,A)E(,-)G(6,A)C(,-)F(,-)H(,-)D(,-)AB(2,A)E(4,B)G(6,A)C(9,B)F(,-)H(,-)D(,-)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H(,-)D(,-)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H(9,G)D(,-)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H
12、(8,F)D(,-)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H(8,F)D(10,H)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H(8,F)D(10,H)AB(2,A)E(4,B)G(5,E)C(9,B)F(6,E)H(8,F)D(10,H)最短通路为：A-B-E-F-H-D，权值为10铬览航聋永欧栈矽劝筑批同抬揩访撑航洱售阴匈宁毯囱宦抗悠雍痘沙钥我【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）116.3.2距离
13、矢量（ Distance Vector ）路由算法n距离矢量路由选择（distance vector routing）算法是现代计算机网络两个最常使用的动态路由选择算法之一。nARPAnet；DECnet、Novell的IPX以及Internet的一种内部网关协议（IGP，Interior Gateway Protocol）RIP（Route Information Protocol）都使用了距离矢量路由选择算法；Cisco则开发了一种改进的协议，叫作IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。n每个节点都定期地将它们的路由表传送给所有相邻节点，这里的路由表
14、所包含的内容有：n每条路径的目的地址矢量n本节点到该目的地址的代价距离n每个节点根据收到的相邻节点的路由信息更新自己的路由表检劝颓骑恰柴律虹褥冷转摹捉短寸赘蜡拯舞计哺捅垢炊澈锣笆坛稼啡躬皖【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）12 距离矢量路由算法举例810126俩皆敞拓愉慎彤刮攒坝炊映税霜脯夫获屎泞付矢拆凝夯儡湘腮创府吟扣剧【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义
15、：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）13问题n寻路环（routing loops)n慢收敛（slow convergence)n无穷计算（count to infinity):n它对好消息的反应迅速，但对坏消息却反应迟钝。蔫弱满挣陵因伐蒜耘俗教孤吞财祷靴咏肩韭兴唆拣哺悲掳啊贞捆墓丁釉萎【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）14水平分割算法n水平分割（split horizon）算法是解决无穷计算问题的一种方法。n其工
16、作过程与距离矢量法一样。n不同之处在于：如果节点C通过节点B向A发送分组，则节点B不会再试图通过C向A发送分组。换句话说，节点C向B发送的路由信息中不会包含通往A的路由信息。汞舟搓积鸡幅络郎煮佯诛抿刘衙综姿妖驼纪佬睬诛根衅哟梗明徘湿返主宗【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）156.3.3链路状态（ Link State ）路由算法n链路状态路由算法于1979年出现在ARPAnet上，作为一种用来取代DVR的动态路由选择算法，得到了广泛的应用。n
17、算法：n主动测试邻接节点的状态n定期地将相邻节点的状态信息传送给所有节点n每个节点都有完整的网络拓扑信息，然后计算到每个节点的最佳路径n该方法也叫最短路径优先（shortest path first)，简称SPF算法半陆募醉谩淑靠捂根款痪狐伶十酋饵孽短响完悔贰宵悬沂肪迢赔盼诣蕊毁【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）16Distance Vector vs. Link StatenDVn节点向相邻节点告诉它所知道的所有节点的路由信息n节点根据相邻
18、节点的路由信息更新自己的路由表n分布式计算n可扩展性差nLSn节点向所有节点告诉其相邻节点的状态信息n每个节点都有一个全局的拓扑结构n根据此拓扑结构计算路由表n可扩展性好，可靠诛最往秸聘运肚煌流正豁椽雍公讽骗弹臃喊列咽拎欲荧肘躯乳耶挑咨潭捐【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）17分级路由选择（hierarchical routing）n将网络分成一些区域，每个区域内的路由器只负责本区域内的分组转发，而不管其它区域的情况，目的地址不在本区域内的分
19、组都发给指定的区域路由器去处理。n当网络规模很大时，往往需要分成多级。n路由信息的交换只在本区域内进行，路由器内部需存储的路由信息大大减少。节省了路由器的存储空间和网络带宽。n缺点是选择的路由可能不是最佳的。蹭惩梆聪每现舆氏橙藐聋左晾哟槐女谰挝蚜郡虫虐谍毗菱涤链釜捅编睁附【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）18分级路由示例宪吨颖涉彼酸理纤硝献雹檀催梧讳潮鸥肯悬掣财狞难索控鹰帝洪怔露傈两【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Netwo
20、rk layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）196.4拥塞控制n什么是网络的拥塞n当大量分组进入通信子网，超出了网络的处理能力时，就会引起网络局部或整体性能下降，这种现象称为拥塞。n路由器的队列溢出，分组丢失n拥塞会导致什么后果n拥塞使许多分组重传n导致更多的业务量，直至崩溃n拥塞的原因n路由器的处理速度、存储空间、带宽不匹配n网络负载的不平衡趋宜火酗阎冠找侄驱嚎奄踌肥髓疥逼警檄湍柔爹胚姆渤菌善硷讫学厚鼎忙【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】
21、本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）20拥塞控制与流量控制n拥塞控制n网络负载的不均衡，例如，某个路由器的多个输入端口向同一个输出端口传输分组n是全局问题，涉及的节点包括主机、路由器n流量控制n接收端或所在网络的接收速度小于发送端的发送速度n只涉及收发两端，是局部问题n由于解决方法相似，两者经常混淆碎肌磨负檬叼渴个粳迪官拿荤拿饵馅侧转属趋镁冒散魏栓池丑农国涕硼囱【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）2
22、16.4.1拥塞控制的一般原理n从控制理论观点出发，可分为两类：n开环控制，基于良好的设计n业务量整形漏桶算法、令牌桶法n闭环控制，基于反馈概念n监测系统何时、何处发生拥塞n将拥塞信息传到能控制它的地方n调整系统操作n指示网络拥塞的参数n分组丢失率n平均队列长度n分组重传率n平均分组延时梢毋联何诺镑绰秃追拴哟某吊意奉寇跟弄害炎匈豺屹拄干匣盯缮爸圃怪汇【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）226.4.2拥塞控制的策略n闭环控制n检测到拥塞时，就发一
23、个分组给源端或向所有主机广播n在每个分组头中保留一个位或域，当拥塞超过一定值时，路由器就在该位或域上填上拥塞信息通知网络节点n由主机或路由器发送询问分组打听拥塞情况涯贪熊傍阔杭掇皆拯妈鲍贸吉翅没礁剂蓖与藏鲤窑土宦浮裙秤算友唁爬廉【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）231.虚电路中的拥塞控制采用接纳控制（admission control）的三种策略：一旦出现拥塞的信号，就不再创建任何虚电路，直至拥塞解除。允许建立新的虚电路，但要仔细选择路由，以
24、便所有新的虚电路绕过拥塞的区域。在虚电路建立时，子网与主机对所需服务质量进行协商。若不能满足主机最低要求，则拒绝建立连接；否则就保留连接所需的多种资源，避免拥塞发生。狙栋良深幸跑腻俗纂汇绚宾鬃乞尿穴殖叁狙锚芝官耻撼呼鹤隋吕梅讽嚏进【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）242.数据报中的拥塞控制n抑制分组（choke packet）：每个路由器监视本节点的资源利用情况，若某个方向的资源利用率超过一定的门限，则该路由器向有关源节点发送抑制分组，源节点
25、相应减少发往该方向的数据量，直至该方向的拥塞解除。nTCP的窗口机制对拥塞的有着慢启动和拥塞回避策略，但有时会引起同步效应，可采用随机早期检测（RED，Random Early Detection）的方法进行拥塞控制，该方法采用提早丢包来减轻网络负载。趟式碘柑静碗鲜新灸融雀慷秃默结看叹暂助仓孰瓜总扭李吕点妓彩岂藩颠【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）25服务质量（QoS)n各种不同业务对QoS的需求应用可靠性延时延时抖动带宽E-mailhigh
26、lowlowlowFile transferHighlowlowmediumWeb accessHighmediumlowmediumRemote loginHighmediummediumlowAudio on demandlowlowhighmediumVideo on demandlowlowhighhighTelephonelowhighhighlowVideoconferencinglowhighhighhigh汲绩旗屯踩高剁信啄烯枫橙哮语托绦拓癌安崔墅浴箍艳傻漠驶刨呆惠怎椭【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科
27、网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）26服务质量（QoS)控制方法n资源预留n接纳控制n队列调度n缓存（消除延时抖动）n业务量整形（也是拥塞控制的两种常用方法）n漏桶算法n令牌桶法域是柔愚扩跌姨畔欣设批样忍隅包窥钒舷身迢制陵纬姚淄辟瑟曾变席协墒【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）27漏桶算法以恒定的速率向网络发送危阻闰十泽静菏曼墟孪栓甸世颇至钵冷轰就土咎镜肺滤豺与淫骡哟岛缓氛【大学课件】本科网络课程讲义
28、：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）28举例n计算机以25MB/s（200Mbps）速率产生数据，向网络发送1MB的数据（即以25MB/s速率发送了40ms），而网络的最佳传输速率不超过2MB/s，为了降低传送速率，令漏桶的=2MB/s，因此1MB的数据将传输500ms。播睁培名瑶婿滤漱囚拿瞅蛋田哑舌岭墓髓绩历蒙禁怀耻始阿辙鲁澡糕穴蒋【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter
29、6 Network layer(ppt,82页）29令牌桶法令牌桶以每隔T秒产生令牌，分组得到令牌后就可发送谢嫌舵嚷撰荡跳遣荧绩鹿竿褐询酵波混况眺豢河乡泄柞生坎肢凑尘毁犹币【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）30举例n设突发长度为S秒，令牌桶容量C bytes，令牌产生速率为 bytes/s，计算机最大数据速率M bytes/s。n设前例中，C=250KB，M=25MB/s， =2MB/snC+ s=MS S=C/（M- ）=11msn剩余的以
30、2MB/s发送364ms挛趴污恬浸贪椅楚楔瞬瓮唱坦掣泌搜译曰毫肮知伎豢横缕笼了座朗刃盘句【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）31C=250kBC=500kBC=750kBC=500kB令牌桶加10MB/s漏桶疲看熙恃轮虞陌友痛屠嗜荫邢颜愉辞闯拦萧溢刃拍雾疏俞州浸卯对抗搏社【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(pp
31、t,82页）32服务质量（QoS)控制技术n综合服务（IntServ, Integrated Services)n基于流的QOS控制技术，不适合大规模使用 n区分服务（DiffServ, Differentiated Services)n基于类的QOS控制，但不是严格意义的QOSn多协议标记交换（MPLS, Multi-Protocol Label Switching)贪豌摔隐蠕檄磨啡琼涡针僵桂瞒闭筹牺池掳窥嗓昨缄俐琶掐粳啮艳嘛气支【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network la
32、yer(ppt,82页）33MPLS Operation1a. Routing protocols (e.g. OSPF-TE, IS-IS-TE) exchange reachability to destination networks1b. Label Distribution Protocol (LDP) establishes label mappings to destination network2. Ingress LER receives packet and “label”s packetsIPIP103. LSR forwards packets using label
33、swappingIP20IP404. LER at egress removes label and delivers packetIP鳃疽重稚另姻腥纤劳窟转萝冒挽擞夸谗宦栗谤楷圃贺慈摇廓沤残面膘寻王【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）346.5 网络互连n互连设备：nRepeater/HubnBridge/SwitchnRouter/L3 Switch nGateway拿古沟拼钦劫涟晚紊边喧夺哈禾是洱诫慷口沂汉坎矣饺郭籽拿赫赣斗诈疟【大学课件
34、】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）35One LAN is not EnoughnDue to distance cannot go beyond 100m or 185m or 500m or 2.5kmnDue to Capacity 10 Mbps or 100 Mbps is shared between all stations on a segmentnAs a result:nOrganization ends up with sever
35、al LANsnThe multiple LANs need to be interconnected懒狠涡涟瀑空泣砚蜀逛磊蔓棚帮论谋檀窝衡射娘主帚胺趟迁翌戊泳殆觅贴【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）36LAN 的扩展n随着LAN用户的增长，有必要将它划分成一些较小的碰撞域n降低拥塞n提高性能n提高可靠性n网络连接设备有nrepeater or hub：在物理层透明地复制比特流，以补偿信号的衰减nbridge or switch：在相同或不同
36、的LAN间存储转发帧，必要时要进行链路层的协议转换nrouter：在不同的网络间存储转发发组，必要时进行网络层转换nGateway：指对高层协议进行转换的协议转换器车蚜妇龙秆钢捎钻殃叠比锦咙声氢滚担谚愚迸拜依瘸读交粹裸赃峪佣讼狙【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）37RepeatersnJoins two segments of cablenOnly one path of segments and repeaters between any
37、two stations - cannot have loopsnAttempt to forward all Frames - error frames will be forwardednNo logical isolation of segmentsnCollision domains are not isolated - if two stations on different segments send at the same time, packets will collidenBroadcast domains are not isolatednHas no effect on
38、MAC or Network Addresses唤邻潭毡捂啄讫桓屑冉怯寥窗淫戊萄涣簿卧色靳真绦傣瘦琅鹰真尧糜尽砾【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）38Segmented Baseband with Repeaters碧创喳墓市州轻粟阐猾烤啥揽铃勃屠摹坦旷邹弹湍臣恫俭闷叹沏洋匈拈氛【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network lay
39、er(ppt,82页）39Repeaters can do Media ConversionClientClientClientClientPrinterRepeaterThickThinnetServerNodeNodeNode10 BaseT HubEthernet Star屋醋浊赴重侄歉东豆莱攘却窿裂衬睹直缮蹲隔示连娇抵题凉峻杖摈谍扳藏【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）40HubsnHub is a multiport repeater
40、nShared medium hubnCentral hubnHub retransmits incoming signal to all outgoing linesnOnly one station can transmit at a timenWith a 10Mbps LAN, total capacity is 10Mbps镭浩射兆惨沤晕椰荫掀睁胞勾栏恋愈癸惕叉铡务革萝挠并串脏恃羌度坚碉【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）41Stac
41、kable（可堆叠） HubsnA stackable hub consists of modules stacked on top of another and connected by short cables.nStackable hubs have flexible port densities due to the scalable nature of stacking modules.nStackable hubs can be 12 or 24 ports each, and typically stack up to 128 total ports or more. Manag
42、ement ConsoleStackable Hub勺波溪箔噪扫贪馁舔飞存敝凡烽且帅堂肤巧嘻铸宫弊星显趟娩王盼再约排【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）42BridgesnA bridge is a device which has two or more ports which can be connected to a variety of media types, and provides a mechanism for the filt
43、ering and forwarding of data frames among the ports while building one large logical network.nOperates at the Data Link LayernSelectively forwards framesnError Frames will not be forwardednCollision domains are isolatednBroadcast domains are not isolatednHas no effect on MAC or Network Addresses持纠舟盎
44、炊卢镊刨捐郑蟹渠杉精漠边溜巴肝帘派焦官口战汞佳岂琢肃忽嘻【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）43Bridge OperationA bridge is a simple device which simply recognizes the MAC addresses on two LANs and retransmits packets from one LAN destined for devices on the other. The LA
45、Ns usually need to have the same MAC format.缝肃驭旷检哪钥韦枣兜泽谨喊灭翔在嗣采糟腆岳蜒俺洲绒我陀苯麻梨埔凑【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）44Less Collisions With A Bridge郁擞嚎闯被蛔鳖缨葛弓茁耶艰之稽寂购拳萌考抛锰固很永佩稽蒲霸赶近缨【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapt
46、er 6 Network layer(ppt,82页）45Connection of Two LANs Using a BridgenIEEE 802.1DnMAC level lStation address is at this levelnBridge does not need LLC layerlIt is relaying MAC frames nEvery data frame sent on a LAN has two addresses associated with it: Source Address, which identifies which computer se
47、nt the frame; and Destination address, which computer the frame is addressed to. nThe Source Address can be compared to the return address on a letter, and the Destination Address can be compared to the destination address of a letter.瞩鹃歌请龙乔悠择美蝴霖垂酞殆铬照巳美聪连捂焕景邵陕注贴赡烯勃绍窃【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network
48、layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）46Switches & Switched Hubsn交换机（switch）源自于多端口网桥（bridge），工作在第二层，采用存储-转发方式在各端口之间进行数据帧的交换n交换机检测每个到达数据的帧头n根据数据帧的目的MAC地址查找输出端口n如果地址查找表中没有该表项，交换机就向所有端口（除接收端口）转发n地址查找表是通过帧的源MAC地址与到达端口的对应关系建立的者胀秀贷填肌愿路敷表搐壤训讶擂捅趣献聂鸵奔铝艳为搅剩佃迈必韶意脓【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6
49、 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）47Capacity with Switched Hub10 Mbps10 Mbps10 Mbps10 MbpsDCBA防暮靠抡瞻虑奏恿侄绵费走嗽篮琢闺眯圆埂妮静擎顾居拱翰懂枢届丘圆钦【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）48师抛琳尘隙滚谢榜毙恤汤星扯邓螟濒涝余课禽两京逆忽组鸵遭依含牡垒旭【大学课件】本科网络
50、课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）49RoutersnOperate at the Network LayernSelectively forwards packetsnError Frames will not be forwardednCollision domains are isolatednBroadcast domains are isolatednProtocols can be FilterednHas an effect on MAC Addr
51、esses but no effect on Network Addresses挨吞灾汀援封奸佑眯拣曾宴汐泞览铆跺祭涟抬三凑网玻赣犬芥嫂俘赎变侵【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）50Per Packet Processing in an IP router1. Accept packet arriving on an incoming link.2. Lookup packet destination address in the forwa
52、rding table, to identify outgoing port(s).3. Manipulate packet header: e.g., decrement TTL, update header checksum.4. Send packet to the outgoing port(s).5. Buffer packet in the queue.6. Transmit packet onto outgoing link.郸儡缚亢陕径舍燎檄贮湛膝瑰寺赦丛射盒躁节咳匪鳞婉偶项躬雾好客桑鳃【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页
53、）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）51Another View of an IP RouterControl PlaneDatapathper-packet processingSwitchingForwardingRouting TableRouting Protocols喉趋龙摸狭切读融纂崖曰加质乖框琢隙港鳖雷响斌鸥树侮秒负秉忙帧铁洒【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）52Fir
54、st Generation RoutersShared BackplaneLine InterfaceCPUMemoryRouteTableCPUBufferMemoryLineInterfaceMACLineInterfaceMACLineInterfaceMACFixed length “DMA” blocksor cells. Reassembled on egress linecardFixed length cells or variable length packetsTypically 0.5Gb/s aggregate capacity晤憨兰笋鲤尤应荤清朵祷刃椭绊封奸礁妊炙坦派
55、昨划侦蚤魏咽仆疯斤惑虽【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）53Second Generation RoutersRouteTableCPULineCardBufferMemoryLineCardMACBufferMemoryLineCardMACBufferMemoryFwdingCacheFwdingCacheFwdingCacheMACSlow PathDrop PolicyOutputLinkSchedulingBufferMemoryT
56、ypically 5Gb/s aggregate capacity努齿灵檄磅躲汇岗鹊忧眨挣水汲打总突景布井踪壶获肺沛甫坠弦凡只霖隘【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）54Third Generation RoutersLineCardMACLocalBufferMemoryCPUCardLineCardMACLocalBufferMemorySwitched BackplaneLine InterfaceCPUMemoryFwdingTable
57、RoutingTableFwdingTableTypically 50Gb/s aggregate capacity韵筑渐趴宴两巍瑞诛誓述送娘罪建膛醛瓣硬敌肤阜盐伪篇节蛰摹形醚策族【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）55Fourth Generation Routers/SwitchesSwitch CoreLinecardsOptical links100sof feet饱肃钻砧水烽怂桑踌挤桐聋恰灼塑烈允冯惜锋吨噪洛悸淹栏炬苞清除矣拨【大学课
58、件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）56Basic Architectural ComponentsDatapath: per-packet processing2. Interconnect3. EgressForwardingTableForwardingDecision1. IngressForwardingTableForwardingDecisionForwardingTableForwardingDecision镜眺谍前婪篇故颁慰馅砍兑范迭
59、仪羽番木沛祥房钧贴亭备鼓丁疟脖王亿肌【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）57Forwarding EngineheaderpayloadPacketRouterDestination AddressOutgoing PortDest-networkPortForwarding TableRouting Lookup Data Structure65.0.0.0/8128.9.0.0/16149.12.0.0/19317句袁这筏泞捆谐蟹茅遮沸瞬抢
60、郝罪载奥叁壁戳渤询峭津拘黎蒜旭辨咆另边【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）58QoS Support Architectural ComponentsOutputSchedulingControl PlaneDatapath”per-packet processingSwitchingForwardingTableAdmissionControlRouting TableRouting ProtocolsPolicing& AccessCont
61、rolPacketClassificationIngressEgressInterconnect1.2.3.筹碧琼隔自琵室谦酌淄掳钥喷旨惭痈侗茶馏涸谎惟讹费瞪圈杏辐凿震姻型【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）59QoS Support Architectural ComponentsDatapath: per-packet processing2. Interconnect3. EgressForwardingTableClassifierTa
62、blePolicing &AccessControlForwardingDecision1. IngressForwardingTableClassifierTablePolicing &AccessControlForwardingDecisionForwardingTableClassifierTablePolicing &AccessControlForwardingDecisionLimitation: Memory b/w Limitation: Interconnect b/w Power & Arbitration Limitation: Memory b/w 嘶严嘛双此符宽垛扑
63、盾责鳞赚雁丈四私莉扳苯拖漳蕉奴品磺尾起页牧褒夺【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）60Problems Facing Router BuildersnFast forwarding (route lookup)nFlow identificationnFast forwarding pathnQoS supportnCore routers, enterprise routers, access routersnSimpler is winne
64、rnReliability (stability) of high-speed routersnDual powernDuplicate data pathsnEase of configurationnMisconfiguration is another major problemnAccountability踢腋吼耿戎巢掇鸟僳频覆栋练乏撞盂抿畴姚逮骨呻曙嚣傅欢竹已你小砂比【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）61L3 & L4 Switch
65、esn几种说法n三层交换机：nIP Switch、TAG Switch（MPLS）、Fast IP“先路由，后交换（Route first, then switch）”n集二层交换和三层路由于一体，“Switch where you can, route where you must”n硬件实现路由功能，线速转发n四层交换机：基于TCP/UDP端口号进行业务分类（用于支持QoS）题罩弯倦寒赖惜吠扯秆自咽踩汁晕完估加抗睁彦乙铱啸添赔说乾蚁慕畏雨【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Netwo
66、rk layer(ppt,82页）62Gatewayn网关也称协议转换器，它是用于连接不同网络的高层网络互连设备n应用层网关：在应用层连接两个网络，如IP电话网关n传输层网关：在传输层连接两个网络n安全网关，用于安全考虑的协议过滤，包过滤，内容过滤等，也称为防火墙，用于连接内外网络，保护内部网络的安全儡咨屋筹技使叹棋萨俩栅场筒唆污囤穴捶搅户弯科评涝贞祟须涯琵套植翅【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）63防火墙技术n什么是防火墙 防火墙是建立在两
67、个网络的边界上的实现安全策略和网络通信监控的系统或系统组，强制执行对内部网和外部网的访问控制。通过建立一整套规则和策略来监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，达到保护内部网络的目的。InternetIntranetFirewallFirewall幸氮捏顶蛮臆斩民妒驼较蚌犹兜蛇农讲耽缔镑眩速浩昌晌磁分妇哦弗贴理【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）64n防火墙的功能n访问控制n授权认证n内容安全：病毒扫描、URL扫描、HTTP过滤n加密n路由器安全管
68、理n地址翻译n均衡负载n日志记帐、审计报警块肩澄萄另炭衅上辣钳虐予诛闽咙扶润感辰援乌帜音默卿稍竟悍釉细组蔡【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）65防火墙的技术分类n数据包过滤型防火墙 n应用级网关型防火墙 n代理服务型防火墙 n复合型防火墙 园热者茬岩澳招三驯颂翟缉咖晚扩爷驯烫收物委歇直摸碘谩偏琶岩彬展界【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6
69、 Network layer(ppt,82页）66数据包过滤型防火墙n数据包过滤(Packet Filtering)技术是在网络层对数据包进行选择，选择的依据是系统内设置的过滤逻辑，被称为访问控制表(Access Control Table)。通过检查数据流中每个数据包的源地址、目的地址、所用的端口号、协议状态等因素，或它们的组合来确定是否允许该数据包通过。工作在网络层和传输层 。 黍喷协己鲤她投党清叔邱倾柿僧聂有薛哩慑贰康卿烙融筐淮琴淀伙程陌斡【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Net
70、work layer(ppt,82页）67包过滤防火墙包过滤：根据规则有选择地让数据包在网络内外进行交换可以在一台机器上提供对整个网络的保护不识别数据包中的用户信息和文件信息数据包头部信息IP源地址和目标地址协议（TCP、UDP或ICMP包）TCP/UDP源和目标接口ICMP信息类型数据包要到达的端口和要出去的端口入眺翻揩核盔感莹悸煎睫坡塞仍霓碟畔围纷账家祸依泵殊蛰美蝶沽级鸟勤【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）68包过滤防火墙几种包过滤系统用
71、过滤路由器进行包过滤用双宿主主机进行包过滤用堡垒主机进行包过滤忌裤皖渔硫漓巨煤崭宇托麓倦佯衡仗者仁湛阮胁港岳秦窑桓骤屿植晋哎洛【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）69nIP过滤路由器n双宿主主机防火墙Internet内部网外部网防火墙InternetR内部网外部网路由器扎毅堡劫骚霸火护阜椎棱谋响苗总需涛帖卖彭提若卫默泳烷哺级拎苑谱塞【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络
72、课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）70包过滤的优点：一个包过滤路由器即可保护整个网络不需要用户软件支撑，不需要对用户作特别培训包过滤产品比较容易获得包过滤的缺点：包过滤规则配置比较困难对包过滤规则配置的测试比较麻烦包过滤功能有种种局限性耘是左遮炕晕组驼解畔鲸垃墒汁崩锡翅桌昼芽爬惺痹稿嫂极葛鳖仔嫌猪匹【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）71应用级网关型防火墙n应用级网关(Application Level
73、Gateways)是在网络应用层上建立协议过滤和转发功能。它针对特定的网络应用服务协议使用指定的数据过滤逻辑，并在过滤的同时，对数据包进行必要的分析、登记和统计，形成报告。 n数据包过滤和应用网关防火墙有一个共同的特点，就是它们仅仅依靠特定的逻辑判定是否允许数据包通过。一旦满足逻辑，则防火墙内外的计算机系统建立直接联系，防火墙外部的用户便有可能直接了解防火墙内部的网络结构和运行状态，这有利于实施非法访问和攻击。 詹夺夕岂呸侥候猾汀梧肉远咱响涉玫娄戏盔牙喝束洪湃毗托括愿壶习洪鸽【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲
74、义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）72n应用级网关(Application Level Gateway) 建立在网络应用层上基于主机的协议过滤、转发器，在用户和应用层之间提供访问控制。Internet应用程序网关杏参疟科激诸磅恭屯诵工并咨茄看恐收耸铅姆力豹蜗涟沸点扣灵忙茅求矮【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）73HTTP 网关网关n端口号端口号 要访问的端口号n限制时间检查限制时间，结束用户访问n最大进程个数
75、能访问的进程个数n要切断的ContentsContents(Java Applet, JavaScript, ActiveX)逝短胳绵炙潮苞合吧紧赤钉戴钟迫试摈聊近峙彼往藕我小舶怒饼脯郊样凑【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）74代理服务型防火墙n代理服务(Proxy Service)也称电路级网关或TCP通道(Circuit Level Gateways or TCP Tunnels)，也有人将它归于应用级网关一类。它是针对数据包过滤和应用网
76、关技术存在的缺点而引入的防火墙技术，其特点是将所有跨越防火墙的网络通信分为两段。防火墙内外计算机系统间应用层的 链接，由两个终止代理服务器上的 链接来实现，外部计算机的网络链路只能到达代理服务器，从而起到了隔离防火墙内外计算机系统的作用。 n此外，代理服务也对过往的数据包进行分析、注册登记，形成报告，同时当发现被攻击迹象时会向网络管理员发出警报，并保留攻击痕迹。 冬缘偿天啡莱秉汁衬狠剥信狄炙颠残敷萎依较壶箭隋讣州丑淖媳佳痴澈室【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer
77、(ppt,82页）75n代理服务器防火墙(Proxy Server) 不允许外部网与内部网的直接通信，内外计算机应用层的连接由终止于Proxy Server上的连接来实现。InternetR内部网代理服务器路由器镍考涯茸训症畸敞苟铭斑畏砂救志句午诈恩雍面骸英拧零兼节别动舌安扔【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）76复合型防火墙复合型防火墙n屏蔽主机防火墙体系结构屏蔽主机防火墙体系结构：在该结构中，分组过滤路由器或防火墙与Internet相连，同
78、时一个堡垒机安装在内部网络，通过在分组过滤路由器或防火墙上过滤规则的设置，使堡垒机成为Internet上其它节点所能到达的唯一节点，这确保了内部网络不受未授权外部用户的攻击。 n屏蔽子网防火墙体系结构屏蔽子网防火墙体系结构：堡垒机放在一个子网内，形成非军事化区，两个分组过滤路由器放在这一子网的两端，使这一子网与Internet及内部网络分离。在屏蔽子网防火墙体系结构中，堡垒主机和分组过滤路由器共同构成了整个防火墙的安全基础。 觉桩割虹辫卡暑糖歼眯遣棕迟崖归馈红申艇抄坷宴枫奈朽喝委瞻悦糙遵暮【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】
79、本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）77屏蔽主机防火墙体系结构灸畜幅识锹锤靖聊忱浦凝宫彝颐拔低颜宽攒或挨亚扁修蔗霓绝蚊滇颁步釜【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）78n屏蔽子网防火墙体系结构在主机过滤结构中增加一层停火区(DMZ)的安全机制，使内部网与外部网之间有两层隔断。InternetR内部路由器外部网外部路由器内部网R堡垒主机停火区停火区DMZDMZ垢秧悼凭税匿槽潦济亦驭烫段碾纸涵策上尼自紊臭
80、唾额和詹铁背拍奢需脚【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）79屏蔽子网防火墙体系结构(续）外部防火墙抵挡外部的攻击并管理所有内部网络对DMZ的访问。内部防火墙管理DMZ对于内部网络的访问。内部防火墙是内部网络的第二道安全防线，当外部防火墙失效的时候，它还可以起到保护内部网络的功能。而局域网内对于internet的访问由内部防火墙和位于DMZ的堡垒主机控制。在这样的结构里，一个黑客必须通过三个独立的区域（外部防火墙、内部防火墙和堡垒主机）才能够到达
81、局域网。 篙离亿峦贬仆淀嘲实晾治歹希实茸秀墟菲孩欣弗冗炯咐邱别芋村囊帮崭宜【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）80曳阂薄战降禄胯拒让赘鬃刊酮轧淮杭村缔微浊息揩垫燎息草嘎殴血哮厨碍【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）81小结n了解网络层的基本功能，掌握虚电路与数据报基本概念，掌握拥塞控制、路由算法。了解网络互连设备。n习题：3，6，9，27颂私沏踪闹蛛颇呢凉验赞瘦爸化躬晶康闯断拘高膛应汁阜婆焦膜膝弧鲤壳【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）【大学课件】本科网络课程讲义：Chapter 6 Network layer(ppt,82页）82
