第四章网络层 网络层的任务是要以分组为单位将数据 信息从源节点传送到目的节点。 ■网络层的功能与服务 ■路由选择 ■拥塞控制 ■X.25中的网络层
第四章 网络层 ▪ 网络层的功能与服务 ◼ 路由选择 ◼ 拥塞控制 ◼ X.25中的网络层 网络层的任务是要以分组为单位将数据 信息从源节点传送到目的节点
第一节网络层的功能与服务 4.1.1网络层功能及模型 >网络层的作用：在数据链路 系统 系统 层提供的在相邻两个节点之间 透明、可靠的传送数据帧的功 网络服务 能的基础上，进一步管理网络 传输层 传输层 中的通信，将从传输层交出的 中继服务 数据以分组为单位，从源节点 协议 协议 通过通信子网沿适当的路径传 网络层+ 中 网铭层· 中 网络层 送到目的节点。 >网络层的功能： 链路层 链路层 链路层 向传输层提供服务、路由选择、 拥塞控制、网终互联。 图41网络层的通信模型：
第一节 网络层的功能与服务 4.1.1 网络层功能及模型 ➢网络层的作用：在数据链路 层提供的在相邻两个节点之间 透明、可靠的传送数据帧的功 能的基础上，进一步管理网络 中的通信，将从传输层交出的 数据以分组为单位，从源节点 通过通信子网沿适当的路径传 送到目的节点。 ➢网络层的功能： 向传输层提供服务、路由选择、 拥塞控制、网络互联
第一节网络层的功能与服务 4.1.2网络层提供的服务 >面向连接的网络服务—虚电路服务 >无连接的网路服务 数据报服务 4.1.2.1虚电路服务 >虚电路：在通信之前，需要 在源节点和目的节点间建立起 一条逻辑上的网络连接，我们 称之为虚电路。 >建立虚电路过程： ①建立连接 ②数据交换 Hs ③拆除连接 H
第一节 网络层的功能与服务 4.1.2 网络层提供的服务 ➢面向连接的网络服务 ——虚电路服务 ➢无连接的网路服务 ——数据报服务 4.1.2.1 虚电路服务 ➢虚电路：在通信之前，需要 在源节点和目的节点间建立起 一条逻辑上的网络连接，我们 称之为虚电路。 ➢建立虚电路过程： 建立连接 数据交换 拆除连接 H5 B A D E C VC1 VC2 VC3 H1 H2 H4 H3 (a)
第一节网络层的功能与服务 >虚电路的实现： H ☑建立虚电路时分配给该虚电路一个没用过 的虚电路号，以区别于本系统中的其他虚 电路。 ☑传送数据时，每个数据分组含有分组号、 校验和控制信息及其要经过的虚电路的号 码，以区别其它虚点路上的分组信息。 H ☑每个节点都应保持一个虚电路表， (b) 它的每一项记录了一个打开的虚电 路信息，包括虚电路号、前一节点 表41…节点X的入口出口表 和下一节点的标识。 入 …口 出…口 输入线 虚电路号 输出钱 虚电路号 ☑通常采用“动态”虚电路号码 A 0e Be 0 选取法：即总是选取当前尚未使 H 0e2 B 1 用的最低虚电路号。 A 1 C 0 D 02 Ce 1 Be 03 Ce 20
第一节 网络层的功能与服务 每个节点都应保持一个虚电路表， 它的每一项记录了一个打开的虚电 路信息，包括虚电路号、前一节点 和下一节点的标识。 通常采用“动态”虚电路号码 选取法：即总是选取当前尚未使 用的最低虚电路号。 B A D E C H1 H2 H4 H3 H5 A—E A—D C—D (b) ➢虚电路的实现： 建立虚电路时分配给该虚电路一个没用过 的虚电路号，以区别于本系统中的其他虚 电路。 传送数据时，每个数据分组含有分组号、 校验和控制信息及其要经过的虚电路的号 码，以区别其它虚点路上的分组信息
4 H >虚电路实现图例 6 C-D 入…出 D入…出 5条虚电路 B 建立顺序 经过的节点 B0H40 ① A-B一E D 0 B:1E ② A一B-DP ③H2D1 E0H,1 ③- B-D-E 2C0 ④和 C-E-D 出 ⑤ A一B一C-E2 ①QB0 出 (a) ②HB1 B0H,0 (表示5条虚电路建立的顺序以及所经过的节点) ⑤H2B2 C 入出 DQ H,1 HQE0 Do BQE1 C山H,2 2+2和→0→1+2 画 ⑧ ®—画国 6)+ (c) (5个节点的内存路由表) (表示沿虚电路H,→A→B→C→E→H传送时，虚电路号的变换情况)
➢虚电路实现图例 （表示5条虚电路建立的顺序以及所经过的节点） （5个节点的内存路由表） （表示沿虚电路H1→A→B→C→E→H5传送时，虚电路号的变换情况） B A D E C H1 H2 H4 H3 H5 A—E A—D C—D (b)
第一节网络层的功能与服务 4.1.2.2数据报方式 >数据报服务：没有虚电路建立的过程，每一 个发出的分组（称为一个数据报）都携带了完 整的目的地址信息，因而每一个分组都可以独 立的选择路由。 >分组到达目的节点的顺序有可能与发送顺序 不完全一致，甚至会失去某些分组。 Hs >要求接收方主机具有重新排序、纠正重复或 丢失分组的功能。 (b) C-D >数据报实现 在每个节点同样要有一个路由表，按照每个分组所携带的目的地址查找路由 表来决定应沿哪条链路转发分组
第一节 网络层的功能与服务 4.1.2.2 数据报方式 ➢数据报服务：没有虚电路建立的过程，每一 个发出的分组（称为一个数据报）都携带了完 整的目的地址信息，因而每一个分组都可以独 立的选择路由。 ➢分组到达目的节点的顺序有可能与发送顺序 不完全一致，甚至会失去某些分组。 ➢要求接收方主机具有重新排序、纠正重复或 丢失分组的功能。 ➢数据报实现 在每个节点同样要有一个路由表，按照每个分组所携带的目的地址查找路由 表来决定应沿哪条链路转发分组。 B A D E C H1 H2 H4 H3 H5 A—E A—D C—D (b)
第一节网络层的功能与服务 4.1.2.3虚电路服务与数据报服务的比较 表42 虚电路数据报的对比 特点 虚电路 数据报 建立和释放连接 必须有 不要 目的站地址 仅在连接建立阶段使用 每个分组都有目的站的全地址 分组的顺序 总是按发送顺序递交主机 到达目的站时可能不按发送顺序 差错处理 由通信子网负责 由主机负责 流量控制 由通信子网负责 由主机负责 网络用户 网络用户 网络用户 网络用户 NSAP+ 4 网絡层 网络层 (a虑申路服英 6)数据报服务
第一节 网络层的功能与服务 4.1.2.3 虚电路服务与数据报服务的比较
第二节 路由选择 4.2.1理想的路由算法 >路由算法：网络节点在收到一个分组后，决定在那一条输出链路上传送 下去所使用的策略。 >理想的路由算法的一些特点： (1)正确性。必须是信息快速、正确的传输。 (2)简单性。计算简单可以减少时延。另外，路由选择的计算不应使网络的通 信量增加太多的额外开销。 (3)坚固性。算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，要有自适应性。有时称 这种自适应性为《健壮性”(robustness)。 (4)稳定性。当通信量和网络拓扑发生变化时，路由算法应收敛于一个可以接 受的解，而不应产生过多的振荡。 (⑤)公平性。算法应对所有用户（除对少数优先级高的用户）都是平等的。 (6)最佳性。是指以最低的费用来实现路由算法。实际上，所谓“最佳”只能 是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而己
第二节 路由选择 4.2.1 理想的路由算法 ➢路由算法：网络节点在收到一个分组后，决定在那一条输出链路上传送 下去所使用的策略。 ➢理想的路由算法的一些特点： (1)正确性。必须是信息快速、正确的传输。 (2)简单性。计算简单可以减少时延。另外，路由选择的计算不应使网络的通 信量增加太多的额外开销。 (3)坚固性。算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，要有自适应性。有时称 这种自适应性为“健壮性”(robustness)。 (4)稳定性。当通信量和网络拓扑发生变化时，路由算法应收敛于一个可以接 受的解，而不应产生过多的振荡。 (5)公平性。算法应对所有用户（除对少数优先级高的用户）都是平等的。 (6)最佳性。是指以最低的费用来实现路由算法。实际上，所谓“最佳”只能 是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已
第二节 路由选择 4.2.2最短通路路由选择 >例：寻找从源节点A到网络中其他各节点的最短通路。 令D(v)为源节点（节点A)到节点v的距离； 令N表示网络节点的集合，初始时令N={A}; 令1(1，)为节点i至节点j之间的距离。 >算法： (1)初始化 D(v)=∫(A,v)若节点v与节点A直接相连 图4-6求最短通路算法的网络举例 oo 若节点v与节点A不直接相连 (2)寻找一个不在N中的节点o,其D(o)值为最小， 把ω加入到N中，然后对所 有不在N中的节点，用D(v)和[D(o)+2(o,v)]中的较小的值去更新原有的 D(v)值，即： D(v)-min[D(v),D(@)+a(o,v)] (3)重复步骤(2)，直到所有的网络节点都在N中为止
第二节 路由选择 4.2.2 最短通路路由选择 ➢例：寻找从源节点A到网络中其他各节点的最短通路。 令D(ν)为源节点(节点A)到节点ν的距离； 令N表示网络节点的集合，初始时令N＝{A}； 令l(i，j)为节点i至节点j之间的距离。 ➢算法： (1)初始化 D(ν)= (A , ν) 若节点ν与节点A直接相连 ∞ 若节点ν与节点A不直接相连 (2)寻找一个不在N中的节点ω，其D(ω)值为最小，把ω加入到N中，然后对所 有不在N中的节点，用D(ν)和[D(ω)+λ(ω，ν)]中的较小的值去更新原有的 D(ν)值，即： D(ν)←min[D(ν)，D(ω)+λ(ω，ν)] (3)重复步骤(2)，直到所有的网络节点都在N中为止。 E C A F B D 1 2 1 2 1 2 3 3 5 5 图4-6 求最短通路算法的网络举例
第二节 路由选择 图4-6求最短通路算法的网络举例 骤 W D (B) D (C) DD) D (E) DF) 初始化 (A} 2 5 1 oo 0 1 {A,D} 2 4 ① 2 00 2 {A,D,E卧 2 3 1 ② 4 3 {A,B,D,E卧 ② 1 2 4 4 (A,B,C,D,E} 2 ③ 1 3 4 5 (A,B,C,D,E,F} 2 3 1 2 ④ 5 (3) (4) 目的节点后继节点 3 B B (5) 5 (0) C D D D E D 1（2) F D (1) (a) (b)
第二节 路由选择 E C A F B D 1 2 1 2 1 2 3 3 5 5 图4-6 求最短通路算法的网络举例 步骤 N D (B) D (C) D (D) D (E) D (F) 初始化 {A} 2 5 1 ∞ ∞ 1 {A,D} 2 4 ① 2 ∞ 2 {A,D,E} 2 3 1 ② 4 3 {A,B,D,E} ② 3 1 2 4 4 {A,B,C,D,E} 2 ③ 1 2 4 5 {A,B,C,D,E,F} 2 3 1 2 ④