第七章 网络层协议
第七章 网络层协议
主要内容 7.1网络层概述 7.2路由算法 最优化原则 7.2.2 最短路径路由算法 7.2.3 洪泛算法 7.2.4 基于流量的路由算法 72.5 距离向量路由算法 7.2.6 链路状态路由算法 7.2.7 分层路由 7.2.8 移动主机的路由 7.3拥塞控制算法 7.3.1 拥塞控制的基本原理 7.3.2 拥塞控制算法
主要内容 7.1 网络层概述 7.2 路由算法 7.2.1 最优化原则 7.2.2 最短路径路由算法 7.2.3 洪泛算法 7.2.4 基于流量的路由算法 7.2.5 距离向量路由算法 7.2.6 链路状态路由算法 7.2.7 分层路由 7.2.8 移动主机的路由 7.3 拥塞控制算法 7.3.1 拥塞控制的基本原理 7.3.2 拥塞控制算法
74网络互连 7.4.1 级联虚电路 7.4.2 无连接网络互连 74.3 隧道技术 7.4.4 互联网路由 7.4.5 分段 74.6 防火墙 7.5| NTERNET网络层协议 7.5.1 P协议 7.52 nternet控制协议 7.5.3 内部网关路由协议:OsPF 7.5.4 外部网关路由协议:BGP 7.6路由器体系结构和关键技术
7.4 网络互连 7.4.1 级联虚电路 7.4.2 无连接网络互连 7.4.3 隧道技术 7.4.4 互联网路由 7.4.5 分段 7.4.6 防火墙 7.5 INTERNET网络层协议 7.5.1 IP协议 7.5.2 Internet控制协议 7.5.3 内部网关路由协议：OSPF 7.5.4 外部网关路由协议：BGP 7.6 路由器体系结构和关键技术
71网络层概述(1) SO定义 网络层为一个网络连接的两个传送实体间交换网络服务数据单 元提供功能和规程的方法,它使传送实体独立于路由选择和交 换的 网络层是处理端到端传输的最低层。 网络层要解决的关键问题:∶向传输层提供服务、选择路由 拥塞控制 ■了解通信子网的拓扑结构 网络层设计的有关问题 设计目标 服务与通信子网技术无关。 通信子网的数量、类型和拓扑结构对传输层隐蔽 传输层能获得同一的网络地址,即使跨越多个LAN或WAN
7.1 网络层概述（1） ▪ ISO 定义 - 网络层为一个网络连接的两个传送实体间交换网络服务数据单 元提供功能和规程的方法，它使传送实体独立于路由选择和交 换的方式。 ▪ 网络层是处理端到端传输的最低层。 ▪ 网络层要解决的关键问题:向传输层提供服务、选择路由 、拥塞控制。 ▪ 了解通信子网的拓扑结构 ▪ 网络层设计的有关问题 - 设计目标： 服务与通信子网技术无关。 通信子网的数量、类型和拓扑结构对传输层隐蔽。 传输层能获得同一的网络地址，即使跨越多个LAN或WAN
71网络层概述(2) 为传输层提供服务 面向连接服务 传统电信的观点:通信子网应该提供可靠的、面向连接的 服务。 无连接服务 terne的观点:通信子网无论怎么设计都是不可靠的, 因此网络层只需提供无连接服务 网络层的内部组织 虚电路( irtual circuit) 数据报( datagram)(对每个分组进行路由计算)
7.1 网络层概述（2） - 为传输层提供服务 • 面向连接服务 传统电信的观点：通信子网应该提供可靠的、面向连接的 服务。 • 无连接服务 Internet的观点：通信子网无论怎么设计都是不可靠的， 因此网络层只需提供无连接服务。 - 网络层的内部组织 • 虚电路（virtual circuit） • 数据报（datagram）（对每个分组进行路由计算）
71网络层概述(3) 虚电路子网与数据报子网的比较 Issue Datagram subnet VC subnet Circuit setup Not needed Required Addressing Each packet contains Each packet contains a the full source and short VC number destination address State information Subnet does not hold Each Vc requires subnet state information table space Routing Each packet is Route chosen when vc routed independently is set up: all packets follow this route Effect of router failures None, except for packets All VCs that passed lost during the crash through the failed outer are terminated Congestion control Difficult Easy if enough buffers advance for each VC Fig. 5-2. Comparison of datagram and virtual circuit subnets
7.1 网络层概述（3） - 虚电路子网与数据报子网的比较
71网络层概述(4) 路由器内存空间与带宽的权衡 虚电路方式,路由器需要维护虚电路的状态信 数据报方式,每个数据报都携带完整的目的源 地址,浪费带宽 ·连接建立时间与地址查找时间的权衡 虚电路需要在建立连接时花费时间 数据报则在每次路由时过程复杂 虚电路方式很容易保证服务质量QoS( Quality of Service),但比较脆弱 虚电路方式很容易保证服务质量QoS(Qual lity of service),适用于实时操作,但比较脆弱。 数据报不太容易保证服务质量,但是对于通信 线路的故障,适应性很强
•路由器内存空间与带宽的权衡 虚电路方式，路由器需要维护虚电路的状态信 息； 数据报方式，每个数据报都携带完整的目的/源 地址，浪费带宽 •连接建立时间与地址查找时间的权衡 虚电路需要在建立连接时花费时间 数据报则在每次路由时过程复杂 •虚电路方式很容易保证服务质量QoS（Quality of Service），但比较脆弱 虚电路方式很容易保证服务质量QoS(Quality of Service)，适用于实时操作，但比较脆弱。 数据报不太容易保证服务质量，但是对于通信 线路的故障，适应性很强。 7.1 网络层概述（4）
71网络层概述(5) ■网络层为传输层提供的服务 面向连接服务:将复杂的功能放在网络层(通信子网) 无连接服务:将复杂的功能放在传输层 通信子网提供的服务(面向连接或无连接)与通信子网 技术(虚电路或数据报)没有必然联系 服务与子网结构的不同组合的例子 Upper layer Type of subnet Datagra Virtual circuit over Connectionless over over ATM TCP ATM AAL1 Connection-oriented over over IP ATM Fig. 5-3. Examples of different combinations of service and subne structure
7.1 网络层概述（5） ▪ 网络层为传输层提供的服务 - 面向连接服务：将复杂的功能放在网络层(通信子网)。 - 无连接服务：将复杂的功能放在传输层。 - 通信子网提供的服务（面向连接或无连接）与通信子网 技术（虚电路或数据报）没有必然联系。 - 服务与子网结构的不同组合的例子
小结 网络层的地位 于数据链路层和传输层之间,使用数据链路层提供的服务, 1传输层提供服务; 通信子网的最高层 处理端到端传输的最低层 网络层的作用 屏蔽各种不同类型网络之间的差异,实现互连 了解通信子网的拓扑结构,选择路由,实现报文的网络传输 ■网络层的两种实现方式——数据报和虚电路 都属于分组交换,采用存储转发机制 数据报( datagram):每个分组被单独路由,分组带有全网唯 的地址 虚电路( rtual circuit):先在源端和目的端之间建立一条虚电路 所有分组沿虛电路按次序存储转发,最后拆除虚电路。在虚 电路中,每个分组无须进行路径选箨。 网络层提供的服务 面向连接的服务和无连接的服务
小结 ▪ 网络层的地位 - 位于数据链路层和传输层之间，使用数据链路层提供的服务， 为传输层提供服务； - 通信子网的最高层； - 处理端到端传输的最低层。 ▪ 网络层的作用 - 屏蔽各种不同类型网络之间的差异，实现互连 - 了解通信子网的拓扑结构，选择路由，实现报文的网络传输 ▪ 网络层的两种实现方式 —— 数据报和虚电路 - 都属于分组交换，采用存储转发机制。 - 数据报(datagram)：每个分组被单独路由，分组带有全网唯一 的地址 - 虚电路(virtual circuit)：先在源端和目的端之间建立一条虚电路 ，所有分组沿虚电路按次序存储转发，最后拆除虚电路。在虚 电路中，每个分组无须进行路径选择。 ▪ 网络层提供的服务 - 面向连接的服务和无连接的服务
7.2路由算法(1) 路由算法是网络层软件的一部分 子网采用数据报方式,每个包都要做路由选择 子网采用虚电路方式,只需在建立连接时做一次路由选择 路由算法应具有的特性 正确性( correctness) 简单性( simplicit!y) 健壮性( robustness) 稳定性( stability 公平性( fairness) 最优性( optima|iy) 路由算法分类 非自适应算法,静态路由算法 自适应算法,动态路由算法
7.2 路由算法（1） ▪ 路由算法是网络层软件的一部分 - 子网采用数据报方式，每个包都要做路由选择； - 子网采用虚电路方式，只需在建立连接时做一次路由选择。 ▪ 路由算法应具有的特性 - 正确性（correctness） - 简单性（simplicity） - 健壮性（robustness） - 稳定性（stability） - 公平性（fairness） - 最优性（optimality） ▪ 路由算法分类 - 非自适应算法，静态路由算法 - 自适应算法，动态路由算法