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当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 第3章 网络体系结构网络层
3.3.3网络层网络层设计要点一、网络层的基本功能:规定数据格式和类型路由选择拥塞控制网络互连二、网络层所提供的服务:面向连接:通信子网内部采用虚电路交换方式;将复杂的功能放在网络层(通信子网)。打电话是最好的面向连接的例子。无连接:通信子网内部采用数据报交换方式;将复杂的功能放在传输层。类似于邮政的平信服务。数据报和虚电路的比较:交换方式比较项目数据报虚电路连接设置不需要需要地址每个分组需要完整的源和目的地址每个分组只需包含一个虚电路号状态信息路由表、无连接表连接表路由选择每个分组独立选择虚电路建立后勿需路由路由失败后的分组丢弃失败时的分组所有经过失败路由器的VC失效传输质量同一报文的不同分组会出现乱序、重复或丢失同一报文的不同分组不会出现乱序、重复或丢失协议复杂度相对低相对高通信效率相对高相对低路由算法路由算法是网络层软件的一部分通信子网采用数据报分组交换方式,每个包都要做路由选择;通信子网采用虚电路分组交换方式,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)路由与路由表路由是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择。路由和交换是路由器的两大基本功能。路由器将所有关于如何达到目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来,这种专门用于存放路由信息的表称为路由表。路由表中的不同表项给出了到达不同目标网络所需历经的路由器接口或下一跳地址信息。静态路由与动态路由静态路由是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项,也称为非自适应路由;其特点是简单和开销较小,但不能及时适应网络状态的变化。动态路由是依靠路由协议自主学习而获得的路由信息,又称为自适应路由;其特点是能较好地适应网络状态的变化,但实现起来较为复杂,开销也比较大。最优化原则如果路由器J在路由器I到路由器K的最优路径上,那么从J到K的最优路径就会在同一路由中。最优化的结果是,从所有的源节点到一个指定目标节点的最优路径的集合构成了一颗以目标节点为根的树。这样的一棵树被称为汇集树。路由选择算法的目标就是为所有的路由器找到并使用汇集树。最短路径路由思路是:建立一个节点集合,在每次的循环中逐个建立集合的元素,最后使每个节点都知道到最终节点的最短路径。两个集合M与N,两个函数Cost与PriorN—不在M但与M中任一节点直接连接的节点Cost(X)=从A到X的最经济路径的费用Prior(X)为包含在最经济路径上位于节点X前面的节点。迭代过程:每次都从N中寻找一个Cost函数值最小节点X,并添加到M中,更新N。直到寻找出所有从A节点到其他节点的最经济路径为止。A→F最佳路径是A→B→E→FABCDEF1223445677步骤集合M中的节点集合N中的节点Cost函数Prior函数XBCDEFBCDEF1AB,CC21∞∞∞AA---2A,CB,D,E,FB21578AACCC3A,B,CD,E,FD21558AACBC4A,B,C,DE,FE21558AACBC5A,B,C,D,EFF21557AACBE距离向量路由算法(DistanceVectorRouting)属于动态路由算法,也称Bellman-Ford路由算法和Ford-Fulkerson算法,最初用于ARPANET,被RIP协议采用。基本思想每个路由器维护一张表,表中给出了到每个目的地的已知最佳距离和线路,并通过与相邻路由器交换距离信息来更新表;以子网中其它路由器为表的索引,表项包括两部分:到达目的结点的最佳输出线路,和到达目的结点所需时间或距离;-每隔一段时间,路由器向所有邻居结点发送它到每个目的结点的距离表,同时它也接收每个邻居结点发来的距离表;-邻居结点X发来的表中,X到路由器i的距离为Xi,本路由器到X的距离为m,则路由器经过X到i的距离为Xi+m。根据不同邻居发来的信息,计算Xi+m,并取最小值,更新本路由器的路由表;链路状态路由算法(LinkStateRouting)距离向量路由算法的主要问题选择路由时,没有考虑线路带宽;路由收敛速度慢。链路状态路由算法发现邻居结点,并学习它们的网络地址;路由器启动后,通过发送HELLO包发现邻居结点;两个或多个路由器连在一个LAN时,引入人工结点;测量到每个邻居结点的延迟或开销;一种直接的方法是:发送一个要对方立即响应的ECHO包,来回时间除以2即为延迟。将所有学习到的内容封装成一个包;包以发送方的标识符开头,后面是序号、年龄和一个邻居结点列表;列表中对应每个邻居结点,都有发送方到它们的延迟或开销;链路状态包定期创建或发生重大事件时创建。-将这个包发送给所有其它路由器;•基本思想:泛射链路状态包,为控制泛射,每个包包含一个序号,每次发送新包时加1。路由器记录信息对(源路由器,序号),当一个链路状态包到达时,若是新的,则分发;若是重复的,则丢弃;若序号比路由器记录中的最大序号小,则认为过时而丢弃;•改进序号循环使用会混淆,解决办法:使用32位序号;路由器崩溃后,序号重置;第二、三问题的解决办法:增加年龄(age)域,每秒钟年龄减1,为零则丢弃。链路状态包到达后,延迟一段时间,并与其它已到达的来自同一路由器的链路状态包比较序号,丢弃重复包,保留新包;链路状态包需要应答;计算到每个其它路由器的最短路径。实用协议OSPF(开放最短路径优先协议)移动主机路由将用户所在的地理位置分成许多小的区域,通常一个区域是一个LAN或者无线蜂窝单元。每个区域有一个或者多个外部代理(他们记录下所有当前正在访问该区域的移动用户),每个区域有一个本地代理(他们记录下哪些“主场所在这个区域,但是当前正在访问其他区域”的用户)。当一个新用户进入某区域通过与当地网络相连,或者进入该无线单元时必须将自己登陆到当地的外地代理。典型的登录过程如下:外地代理定期广播一个分组,宣布自己的存在及其地址。一个新来的移动主机可以等待这样的消息。移动主机可以广播一个分组问:这里有没有外部代理?移动主机登录到外地代理,并给出其原来所在地的地址,当前数据链路层地址以及一些安全性信息。外地代理与移动主机的主代理联系,核实移动主机是否真的在那主代理检查安全性信息(由外地代理核实时发来),如果核实通过,则通知外地代理继续。当外地代理从主代理处得到确认后,在它的表中加入一个表项,并通知移动主机登录成功。在理想的情况下,当用户离开某区域时,也应该宣布自己的离开请求,以便让外地代理注销自己,但是许多用户离开时只是突然关掉计算机。当一个分组被发往移动用户时,它先路由到用户的主LAN,因为那里才是该用户的有效地址。发往主LAN的移动用户的分组被主代理收到,接着主代理查找移动用户的新方位,并找出管理移动用户的外地代理。然后主代理做两件事情:一,将发给移动用户的分组装入一个外地分组的有效载荷字段中,再将该外地分组发给外地代理;二,告诉发送者,将分组装进有效载荷字段后,直接发往外地代理所在地地址,再由外地代理发送给移动主机,这样随后的分组就可以绕过主代理直接通过外地代理路由到移动主机。Internet的路由选择协议自治系统(autonomoussystem)因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统AS。一个自治系统是指网络中有同一个机构操纵或管理、对外表现出相同的路由视图的路由器所组成的网络系统,其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如,一个公司,一所大学,政府的一个部门,等等)来管辖。一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。R1H1H2内部网关协议IGP(例如,RIP)自治系统A自治系统B自治系统CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP(例如,OSPF)外部网关协议EGP(例如,EGP-4)IGPR3R2自治系统和内部网关协议、外部网关协议
本文标题:第3章 网络体系结构网络层
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