第5章网络层.ppt

* 数字通信与计算机网络技术基础 第5章 网络层 本章学习目标 了解广域网提供的两种类型的服务 了解路由选择机制，路由选择算法及拥塞控制原理 掌握IP地址的分类，IP地址与MAC地址的转换与ARP协议 掌握IP地址的申请、分配管理与子网划分，子网掩码的运用 了解IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用 了解IPv6的机理和工作模式 第5章 网络层 5.1 网络层所涉及的有关问题 5.2 路由选择机制 5.3 拥塞控制 5.4 INTERNET 网际协议IP *5.5 下一代网际协议IPv6 退出 5.1 网络层所涉及的有关问题 5.1.1 广域网的概念 5.1.2 网络层提供的服务 5.1.1 广域网的概念 网络层是广域网涉及的概念。一般来说，物理层、数据链路层与网络层大部分可以由硬件来实现，而高层基本上是通过软件来实现的。假设应用进程A要与应用进程B交换数据。进程A与进程B分别处于计算机A与计算机B的本地系统环境中，即处于OSI环境之外。 它们进行通信的过程如下图所示： 5.1.2 网络层提供的服务 网络层向上所提供的服务可以有两大类： （1）无连接的网络服务—数据报服务； （2）面向连接的网络服务—虚电路服务。 数据报服务（Datagram）：特点是:主机只要想发送数据就随时可发送，每个分组独立地选择路由。 虚电路服务（Virtual circuit）：通信前主机要先发起一个虚呼叫（Virtual Call），即发送一个特定格式的呼叫分组到目的主机，要求进行通信，同时寻找一条合适的路由。 数据报和虚的电路比较 项目 数据报 虚电路 建立连接 不需要 需要 寻址方式 每个分组都有源端和目的端的全地址 在连接建立阶段使用目的端地址，分组使用短的虚电路号 路由选择 每个分组独立选择路由 在虚电路建立好时进行，所有分组均按同一路由 结点失败的影响 出故障的路由器可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化 所有经过出故障的路由器的虚电 路均不能工作 分组的顺序 不一定按发送顺序到达目的站 总是按发送顺序到达目的站 端到端的差错处理 由主机负责 由通信子网负责 端到端的流量控制 由主机负责 由通信子网负责 拥塞控制 难 如果有足够的缓冲区分配给已经建立的每一条虚电路，则容易控制 5. 5.2 路由选择机制 5.2.1 结点交换机中的路由表 5.2.2 路由选择的一般原理 5.2.1 结点交换机中的路由表 广域网在给接入到网络的每一台计算机进行编址时，采用“层次结构的编址方案”。 最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机。结点交换机的一个重要作用就是提供一个路由表，供转发分组时使用。路由表中没有源站地址。在专门研究广域网的路由问题时，可用图论中的“图”来表示整个广域网。用结点表示广域网上的结点交换机，用结点之间的连线表示广域网中的链路。在路由表中默认路由的目的站记为符号“*”。 5.2.2 路由选择的一般原理 理想的路由算法 ： 理想的路由算法应具备的条件： 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。 2. 路由算法的分类 从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应的进行调整变化来划分，分为：非自适应路由选择策略和自适应路由选择策略。 （1）非自适应路由选择 固定路由算法 分散通信量法 洪泛法 随机走动法 （２）自适应路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略 5.3 拥塞控制 5.3.1 拥塞控制的概念 5.3.2 拥塞控制的基本原理 5.3.3 拥塞预防策略 5.3.1 拥塞控制的概念 当（一部分）通信子网中有太多的分组时，其性能降低。这种情况叫做拥塞。造成拥塞有若干因素。如果突然之间，分组流同时从3个或4个输入线到达，并且要求输出到同一线路，就将建立起队列。如果没有足够的空间来保存这些分组，有些分组就会丢失。处理器速度慢也能导致拥塞。拥塞会导致恶性循环。如果路由器没有空余缓冲区，它必须丢掉新到来的分组。拥塞控制和流量控制既有联系又有差异 5.3.2 拥塞控制的基本原理 所有解决方案被分为两类:一类是开环，一类是闭环。开环控制工具的功能包括决定何时接受新的通信，何时丢弃分组，以及丢弃哪些分组，还包括在网络的不同点作计划表。所有这些的共同之处在于，它们在做出决定时并不考虑当前网络的状况。 与之相比