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第05章网络层分析
第05章 网络层
一 网络层的功能
为运输层提供服务
路由选择 即在具有多个节点的广域网里,应通过哪条通路才能将数据从源主机传到目的主机
流量控制 就是控制进入分组交换网的通信量,避免因负荷过重导致网络性能变坏
二 网络层提供的服务
网络层提供的服务有两大类:面向连接的服务和无连接的服务,这两种服务的具体实现就是所谓的虚电路服务和数据报服务
1 虚电路服务
把一对相邻结点间的物理链路逻辑地分成若干子信道,也就是所谓的虚电路;一条端到端的虚连接由若干段虚电路串接而成,比如在上图中H1-A-B-C-E-H5由H1-A间的2号虚电路、A-B间的2号虚电路、B-C间的0号虚电路、C-E间的1号虚电路、E-H5间的2号虚电路串接而成;每一条虚电路由相邻结点间的一对缓冲区实现,每个缓冲区有一个本地唯一的编号,称之为虚电路号,建立一条虚连接的过程就是在沿线各结点上分配缓冲区和虚电路号的过程
虚电路网络中的一对主机在通信之前必须先在它们之间建立一条逻辑连接,我们以H2-B-D-E-H5建立的过程为例描述连接如何建立
H2向与之相连的交换节点B发呼叫请求分组,其中包含虚电路号(0)、主叫地址(H2的网络地址)、被叫地址(H5的网络地址)
B收到该呼叫请求分组,查其上的路由表得知到H5下一站应走交换节点D,于是将B-D间的1号空闲虚电路分配给该连接,然后将分组中的虚电路号改成1,向D转发。同时在其虚电路表中添加一行记录(H2,0,D,1);路由表的结构类似于:(目的结点号,输出端口号);虚电路表的格式(上游节点号,上游虚电路号,下游节点号,下游虚电路号)
D收到该呼叫请求分组,查其上的路由表得知到H5下一站应走交换节点E,于是将D-E间的0号空闲虚电路分配给该连接,然后将分组中的虚电路号改成0,向E转发。同时在其虚电路表中添加一行记录(B,1,E,0)
E收到该呼叫请求分组,查其上的路由表得知到H5连在其上,于是将E-H5间的1号空闲虚电路分配给该连接,然后将分组中的虚电路号改成1,向H5转发。同时在其虚电路表中添加一行记录(D,0,H5,1)
H5向H2返回一个呼叫接收分组,该呼叫请求分组沿呼叫请求分组来时的路径到达H2,一条逻辑连接建立
2 数据报服务
在传送数据之前,无须事先在源主机和目的主机之间建立一条逻辑通路
每个分组都携带了目的主机的地址,交换节点根据分组中的目的主机地址查路由表,以确定下一步该从哪个节点转发分组。路由表的结构大致是这样的:(目的主机,下一跳)
由于交换节点独立地转发每一个路过的分组,同一批中各个分组很可能经过不同的转发路径,有的分组可能后发而先至,所以数据报服务不能保证按序交付分组
3 虚电路服务和数据报服务的比较
比较项目 数 据 报 虚 电 路 思路 可靠通信由用户主机来保证 可靠通信由网络来保证 事先建立连接 不用 必须 目的站地址 每个分组中都要有目的站的全地址 仅在连接建立阶段需要。在数据传送阶段,分组中只包含很短的虚电路号 状态信息 交换节点不保留连接的状态信息 虚电路沿线的所有交换节点都为该逻辑连接提供虚电路表空间 寻径 每个分组独立寻径 分组沿固定的路径传送 节点故障 除非所有转发节点崩溃,所有分组丢失,否则无影响 所有通过故障节点的VC全部终止 三 路由器
路由器实际是一个多端口的计算机;路由器由4部分组成:路由选择处理机、交换结构、一组输入端口和一组输出端口;路由器的功能主要有二,一是分组转发,二是路由选择;分组转发就是根据路由表将到达的用户分组从一个合适的端口转发出去;路由选择就是通过运行一个分布式的路由算法来构建、维护和更新路由表;路由表中的记录一般由以下字段构成:目的子网号、输出端口号、下一跳地址
路由选择处理机 运行路由选择协议,构建、维护和更新路由表
输入端口 输入端口的功能视图如下:物理层从输入的电信号中提取比特流;链路层从比特流中提取数据帧,去掉帧头、帧尾,将分组送网络层的队列中排队;网络层的查表转发模块不断地从其队列中取出分组,根据其目的地址字段查转发表以确定向哪个输出端口转发,然后将分组转发到合适的输出端口上去;通常将路由表的一个影子副本(我们称之为转发表)放到每一个输入端口上,使得每个输入端口有能力做出转发决定,而无须劳驾选路处理机
输出端口 输出端口的功能视图如下:交换结构传送过来的分组在网络层的队列中排队,数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部(重写二层信息),交给物理层放到输出链路上传输
交换结构
三 路由算法
1 路由算法的分类
2 路由算法必备的品质
正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性、最优性
3 衡量路径好坏的度量标准
路径长度、跳数、带宽、平均流量、通信开销、平均队列长度、延迟时间等
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