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计算机网络(上交教授) Chap5

329页
  • 卖家[上传人]:206****923
  • 文档编号:88913448
  • 上传时间:2019-05-13
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    • 1、第5章 网络层,网络层主要解决的问题 路由选择 网络互连 拥塞控制 为上层提供服务,相当与路口的检查和服务,路口警察的任务,网络层的设计,存储转发的数据包交换 为传输层提供的服务 面向无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较,存储转发的数据包交换,数据包 Packet 存储转发 Store and Forward 路由器 Router 交换 Switching 通信子网 Communication Subnet 资源子网 Resource Subnet,网络层协议环境,Tnbm P344 Fig. 5-1 网络层协议环境,网络层的设计,存储转发的数据包交换 为传输层提供的服务 面向无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较,为传输层提供的服务,服务应与路由器技术无关 路由器的数量、类型和拓扑结构对于传输层来说应是不可见的 传输层所能获得的网络地址应采用统一的编址方式,并允许跨越多个LAN和WAN,网络层提供的服务类型,面向无连接服务:网络是不可靠的,网络服务不应面向连接,分组的排序和流控制应不属于网络层,每个分组都单独寻径,所以必须携带

      2、完整的目的地址 如Internet 面向连接的服务:网络应该提供可靠的、面向连接的服务,否则服务质量将无从谈起,尤其对于多媒体应用 如 ATM,对于网络层提供的服务有两种观点:,网络层的设计,存储转发的数据包交换 为传输层提供的服务 面向无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较,面向无连接服务的实现(数据报子网),路由器A按左边的路由表运行,后来发现如到E和F应该走B才更好,于是更新路由表,A的路由表,E的路由表,C的路由表,Tnbm P346 Fig. 5-2 数据报子网中分组的寻径,用扩算法实现传输,网络层的设计,存储转发的数据包交换 为传输层提供的服务 面向无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较,面向连接服务的实现(虚电路子网),H1和H2已建立了1#连接 H3要和H2建立连接只能是2#,A的路由表,Tnbm P348 Fig. 5-3 虚电路子网中分组的寻径,C的路由表,E的路由表,网络层的设计,存储转发的数据包交换 为传输层提供的服务 面向无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较,虚电路子网和数据

      3、报子网的比较,Tnbm P349 Fig. 5-4虚电路子网和数据报子网的比较,虚电路子网/数据报子网的比较(续),虚电路子网 通过路径选择后建立连接 分组按序传输 服务质量能得到保证 通信后撤销连接 适合于实时传输 数据报子网 每个分组分别选择最佳路径,健壮性较好 整个网络系统的信道利用率高,成本低 差错控制和排序工作由协议高层(主机)完成 适合于非实时传输,第5章 网络层,网络层设计的相关问题 路由算法 拥塞控制 服务质量 网络互联 因特网中的网络层,路由算法,路由算法是网络层软件的一个重要部分,它决定进入的分组应从哪一根输出线传输 如果是数据报子网,将在每一个分组到达时作此决定 如果是虚电路子网,是在虚电路建立时决定,该连接上所有分组都将沿此线路传输 路由与转发:路由是寻径,转发是当一个分组到达时发生的动作,路由算法(续),路由算法设计必须考虑的问题 正确性 简单性 健壮性 稳定性 公平性 最优性 路由算法中的度量标准 路径长度 hop数(跳数少的) 延迟时间,路由算法的分类,静态算法 自适应算法 拓扑相关的路由算法 移动节点的路由 Ad-hoc网络的路由,静态算法(static

      4、 routing),最短路径算法(Dijkstra) 扩散法(flooding),为路由器配置一张最优的路由表,最短路由选择(Dijkstra),Dijkstra算法(1959):通过用边的权值作为距离的度量来计算最短路径,有最少边数的路径不一定是最短路径,如下图: 5和4之间边数最少的路径是5234但最短路径是523674,采用的数据结构,集合S:尚未找到最短路径的节点 的集合 数组R:Ri为从指定源点去节点i 的路径上,节点i的前一个 节点 数组D:Di为从指定源点到节点i 的最短距离,算法的初始化,初始化集合S为除源节点外的所有节点 初始化数组D:如果从源节点到节点v的边存在,则D(v)为该边的权值,否则为无穷大 初始化数组R:如果从源节点到节点v的边存在,则R(v)为源节点,否则为0,算法,WHILE(集合S非空) 从S中选一节点u,使Du最小; 如果(Du为无穷大) 错误!无路径存在,退出 把u从S中删去; 对(u,v)是边的每个节点v 如果(v仍在S中) C=Du+weight(u,v); 如果 (CDv) /*v找到了一条更短的路径*/ Rv= u; /*替换v的最短路径

      5、及长度*/ Dv=C; ,从5出发到各个节点的最短路径,静态算法(static routing),最短路径算法(Dijkstra) 扩散法(flooding),为路由器配置一张最优的路由表,扩散法(flooding),不计算路径,有路就走,如从5出发到4: 数据包从51,2;23,6;36,4;63,7;74,要解决的问题:数据包重复到达某一节点,如3,6,扩散法(续),解决方法 在数据包头设一计数器初值,每经过一个节点自动减1,计数值为0 时,丢弃该数据包 在每个节点上建立登记表,则数据包再次经过时丢弃,缺点:重复数据包多,浪费带宽 优点:可靠性高,路径最短,常用于军事,路由算法的分类,静态算法 自适应算法 拓扑相关的路由算法 移动节点的路由 Ad-hoc网络的路由,自适应算法是动态的、分布式的算法 实现分布式算法的三要素: The measurement process(测量) The update protocol(更新协议) The calculation(计算),自适应算法(adaptive algorithm),自适应算法(adaptive algorithm),距离矢量算

      6、法(D-V) 链路状态算法(L-S),路由器动态建立和维护一张最优的路由表,D-V算法的工作原理,每个路由器用两个向量Di和Si来表示该点到网上所有节点的路径距离及其下一个节点 相邻路由器之间交换路径信息 各节点根据路径信息更新路由表,其中:,n 网络中的节点数 Di节点i的时延向量 dij节点i到j的最小时延的当前估计值 Si节点i的后继节点向量 sij从节点i到j的最小时延路径上的下一节点,路由表的更新,dij = min(dix + dxj) ( x A ) (从i到j的时延取途经每个节点时的时延的最小值) Sij = x(从i到j途经的下一个节点为x),其中:,A 与i相邻的所有节点的集合 diji到j 的最短距离 dixi到x的最短距离 dxjx到j 的最短距离,注意:AI为21;IA为24 因为:往和返的信道流量不一定相同,节点A和I也并非在同一时刻测得,且线路状态是动态变化的,所谓节点即路由器当前节点为J,Tnbm P358 Fig. 5-9 D-V算法的路由表更新,D-V算法的缺点,交换的路径信息量大 路径信息不一致 收敛速度慢(坏消息) 不适合大型网络,无穷计算问题,

      7、好消息传播得快,坏消息传播得慢,A下网了,Tnbm P359 Fig. 5-10 无穷计算问题,克服收敛速度慢的方法,水平分裂 同距离矢量法,只是到X的距离并不是真正的距离,对下方点通知真正的距离,对上方点,给出无穷大 如上图中的C点,它向D通知到A的是真正距离,而向B通知到A的距离是无穷大 Holddown 当发现不通时,不重新选路径,而是把它设成无穷大 这些方法尚在研究之中,自适应算法(adaptive algorithm),距离矢量算法(D-V) 链路状态算法(L-S),路由器动态建立和维护一张最优的路由表,链路状态算法( L-S ) (Link State Routing),基本思想: 发现它的邻接节点,并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径,发现邻接节点,当一个路由器启动后,向每个点到点线路发送HELLO分组(携带自己的网络地址),另一端的路由器发送回来一个应答来说明它是谁,即通报其网络地址,链路状态算法( L-S ) (Link State Routing),基本思

      8、想: 发现它的邻接节点,并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径,测量线路开销,发送一个ECHO分组要求对方立即响应,通过测量一个来回时间再除以2,发送方就可以得到一个延迟估计值,想要更精确些,可以重复这一过程,取其平均值,链路状态算法( L-S ) (Link State Routing),基本思想: 发现它的邻接节点,并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径,构造分组,子网及其节点到其邻节点(路由器)的线路开销测量值(即延时,假设以ms计),子网的链路、状态及分组情况:,节点A仅与节点B和E相邻 A B的时延为4ms A E的时延为5ms,Tnbm P363 Fig. 5-13 L-S算法的路由表更新,链路状态算法( L-S ) (Link State Routing),基本思想: 发现它的邻接节点,并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它

      9、刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径,发布链路状态分组,用扩散法(向邻接的节点)发布链路状态分组 (以B为例,B的邻接点有A、C、F),源节点E的链路状态分组经A和F到节点B,节点B必须再将E的状态分组转送到C,并向A和F发ACK,发送标志,ACK标志,Tnbm P365 Fig. 5-14 链路状态分组的转发和确认,存在的问题,状态分组的重复到达 如果序号循环使用,就会发生重复 如果一个路由器被重起,序号将从0开始重新计数,但这些分组会被当成过时分组 如果序号发生错误(如序号用32位表示,4被看成65540,第16位的0被误传成了1),则很多分组将被看成过时分组(此时565539均为过时分组,因为当前的分组序号是65540),解决办法,使用一个32位序号,即使每秒钟发送一个分组,137年才会循环一次 在每个分组中加一年龄字段(如初值为60),每秒钟将年龄减1,为0后该分组将被丢弃 ,否则不会被认为是过时分组,链路状态算法( L-S ) (Link State Routing),基本思想: 发现它的邻接节点,并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径,计算新路由,用Dijkstra算法计算到每个节点的路由 得到该节点到每个节点的最短路径,L-S路由算法的优缺点,LSR的优点 路由信息的一致性好,坏消息也一样传播得快 状态分组的长度较短,仅包含到邻接点的距离、序号和年龄等,与网络规模关系不大,传输所耗用的网络带宽不大,此外,状态分组的扩散,由于年龄参数的设定,不会无限制扩散,所以可适用于大型网络 LSR的缺点 每个路由器需要有较大的存储空间,用以存储所收到的每一个节点的链路状态分组 计算工作量大,每次都必须计算最短路径,路由算法的分类,静态算法 自适应算法 拓扑相关的路由算法 移动节点的路由 Ad-hoc网络的路由,拓扑相关的路由算法,分层路由

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