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第5章 网络层协议及分析. 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 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 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 5.1 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。 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 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。 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。 5.1 网络层概述 虚电路和数据报 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。 5.1 网络层概述 虚电路和数据报 比较 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 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 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，也就是进行路由选择。 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。 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。 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题、传输路由信息的额外开销问题。 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