计算机网络第五章

 

5 网络层
传输层提供基本的端到端的数据传送服务。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网应用环境中资源子网访问通信子网的方式，是OSI模型中的面向数据通信的第三层。
目的：实现两个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括路由选择、拥塞控制和网际互联。
数据报和虚电路子网的比较
比较项目  数据报子网    虚电路子网
建立电路         不需要     需要
地址   每个分组包含完整的源地址和目标地址  每个分组包含一个很短的虚电路号
状态信息  路由器不保留任何有关连接的状态信息 每个虚拟电路都要求路由器为每个连接建立表项
路由   每个分组被独立地路由   当虚拟电路建立的时候选择路径,所有的分组都沿着这条路径
路由器失效的影响 没有,除非在崩溃过程中分组丢失  所有经过此失败路由器的虚电路都将终止
服务质量  很难实现    如果有足够的资源可以提前分配给每个虚电路,则容易实现
拥塞控制  很难实现    如果有足够的资源可以提前分配给每个虚电路,则容易实现

5.2 路由选择
路由选择考虑诸多技术要素
首先,考虑是选择最短路由还是选择最佳路由
其次,要考虑通信子网是采用虚电路的还是数据报的操作方式
其三,是采用分布式路由算法,即每节点均为到达的分组选择下一步的路由,还是采用集中式路由算法,即由中央节点或始发节点来决定整个路由
其四,要考虑关于网络拓扑、流量和延迟等网络信息的来源;
最后,确定是采用静态路由选择策略还是动态路由选择策略

最优化原则和汇集树为路由器选择算法提供了一种衡量标准。

5.2.2 静态路由选择算法
静态路由选择算法: 是一类不同测量也不需要利用网络信息，而按某种规则进行路由选择算法。
1 最短路由选择算法
最短路由选择(Shortest Routing) 算法是一种简单易懂而应用广泛的技术。
对于路径长度的测量有多重方法。一种方法是计算站点数量,另外也可以计算距离、信道宽带、平均通信量、通信开销、队列长度、传播时延
2 扩散法
最简单的路由算法,又叫泛射路由选择法。一个网络节点从某线路受到一个分组后，再想出该条线路外的所有线路发送疏导的分组
3 基于流量的路由选择
前面介绍的算法只考虑到拓扑结构,而没有考虑到网络负载。每对节点间平均数据流量是相对稳定和可预测的。因此,完全有条件在进行静态路由选择时把负载因素考虑进去

5.2.3 动态路由选择算法
节点的路由选择要依靠网络的哪个区的状态信息来决定的策略，称动态路由选择的变化,有利于改善网络的性能。
1 距离矢量路由算法(Distance Vector Routing)
2 链路状态路由算法(Link State Routing)
(1)发现它的邻居节点,并知道其网络地址
(2)测量到各邻居节点的延迟或者开销
(3)构造一个分组，分组中包含所有它刚刚知道的消息
(4)将这个分组发送给其他的路由器
(5)计算出到每个路由器的最短路径

5.2.5 广播路由选择
主机需要给其他多个主机发送消息。例如:用于发布天气预报的服务,他的最佳工作方式是将消息广播给所有机器，然后让那些感兴趣的机器读取数据。同时给所有的目标发送一个
分组。

 

拥塞发生的原因
1 多条流入线路有分组到达,并需要同一输出线路,此时,如果路由器没有足够的内存来存储所有这些分组,那么有的分组就会丢失。
2 路由器的慢速处理器的缘故,以至于难以完成必要的处理工作(如缓冲区排队更新路由表等).那么,即使有多余的线路容量,分组也需要进入到队列之中。
5.3.2 拥塞控制的通用原则
拥塞控制问题可以从控制论角度来看待,解决的方案可以分成两类:开环和闭环
拥塞的预防策略
传输层：重传策略、乱序缓存策略、确认策略、流控制策略、确定超时策略
网络层: 子网内部的虚电路与数据报策略 分组排队和服务策略、分组丢弃策略、路由算法、分组生存管理
数据链路层:重传策略、乱序缓存策略、确认策略、流控制策略

5.3.5 数据报子网中的拥塞控制
(1)警告位。在分组

 

 

网桥最早是把那些具有相同物理层和介质访问控制子层的局域网互联起来而设计的。后来网桥也用于具有不同MAC协议的局域网的互连
网桥除了发送跨网段传输的数据帧之外,还可以接收控制帧/目的地址为桥的帧等所有帧
网桥可能连接多个局域网,连接多个局域网的网桥有相应的多个不同的MAC子层和物理层。网桥应该有寻址能力,它为了转发MAC帧必须知道
网桥的作用是通过过滤和转发功能实现的。当网桥收到一个MAC帧时,它检查该帧的源地址和目的地址。如果目的站点和源站点属于同一网络则不进行转发,从而起到过滤租用并
能正确地堆网络进行隔离;否则,根据它所保留的路由表选择正确的网络进行转发

1 透明网桥
接收连接到该网桥的局域网传递的所有帧.每个网桥维护一个基于MAC地址的过滤数据库.数据库中列出了每个可能的目的地,以及它属于哪个输出线路(一个端口,即表示转发给哪个Lan)
(1)过滤数据库,确定该目的MAC地址是否在除端口x外的其他端口中
(2)如果目的MAC地址没有列到x以外的其他端口中,则将该帧送网x端口以外的所有端口进行扩散
(3)如果目的MAC地址在过滤数据库的某个端口y(y!=x)则确定端口y是否处在阻塞或转发状态.如果端口y是非阻塞的。就把该帧通过端口y转发到它所连接的Lan中

源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一Lan上。当发送一个帧到另外的Lan时。源机器将目的地址的高位设置成1作为标记

IP对输出数据报的处理
IP对数据报的处理也分为两种:一种是主机对数据报的处理;另一种是网关对数据报的处理
对网关来说IP接收到IP数据报后,经过寻径,找到该IP数据报和寻径到的下一个网关的地址交给网络接口软件.
ICMP互联网控制报文协议：由发现别的站发来的报文有问题的站产生的.

习题
1 网络层实现的功能主要有哪些?
路由选择、拥塞控制、网际互联
2 什么叫拥塞?造成拥塞的原因是什么?
拥塞现象是指道道通信子网中某一部分的分组数量过多,使得部分网络来不及处理,以至引起部分仍至整个网络性能下降的现象,严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿,即
出现死锁现象
原因:(1)多条流入线路有分组到达,并需要同一输出线路,此时,如果路由器没有足够的内存存放所有这些分组,那么有的分组就会丢失
(2)路由器的满是处理器的缘故,以至于难以完成必要的处理工作。那么,即使有多余的线路容量,分组也需要进入对队列之中

3 网络互连设备按其工作的层次可分为几类?他们分别是什么？网际互连的意义是什么?请列出各种网络互连设备及它们工作的0SI协议层
(1)转发器:是一种低层次设备,实现网络物理层的连接
(2)网桥,提供数据链路层上的协议转换,在不同或相同的局域网之间存储和转发帧
(3)路由器,作用域网络层,提供网络层上的协议转换,在不同的网络之间存储和转发分组
(4)网关,提供传输层及传输层以上各层间的协议转换。
网际互连的目的是使一个网络上的用户能访问其他网络上的资源,使不同网络上的用户互相通信和交换信息。不仅有利于资源共享，也可以从网络上提供玩了个的可靠性

17 IPv4 和IPv6有哪些改进?
(1)IPv6把IP地址长度增加到128比特,使地址空间增大了296倍
(2)灵活的IP报文头部格式
(3)简化协议,加快报文转发
(4)提高安全性
(5)支持更多的服务类型
(6)允许协议极性演变,增加新的功能,使之适应未来技术的发展