第五章 网络层(other)

第二部分本章知识点总结本章知识点总结（一）网络层功能：实现两个端系统之间的数据透明传送，具体包括路由选择、拥塞控制、网际互连。通信子网的操作方式：虚电路、数据报。路由选择两个基本操作：最佳路径的判定、网间信息包的传送。最优化原则：如果路由器J在从路由器I到K的最佳路由上，那么从J到K的最佳线路就会在同一路由之中。本章知识点总结（二）静态路由算法：最短路由选择算法；扩散法；基于流量的路由选择。路径长度测量方法：计算站点数量、计算距离、信道带宽、平均通信量、通信开销、队列长度、传播时延。扩散法：一个网络节点从某条线路收到一个分组后，再向除该条线路外的所有线路发送收到的分组，结果最先到达目的的节点的一个或若干个分组肯定经过了最短的路径，而且所有的路径都被尝试过。本章知识点总结（三）动态路由算法：距离矢量路由算法；链路状态路由算法。距离矢量路由算法：每个路由器维护一张路由表，它以子网中的每个路由器为索引，表中列出了当前已知的路由器到每个目标路由器的最佳距离，以及所使用的线路，通过在邻居之间相互交换信息，路由器不断地更新它们内部的路由表。链路状态算法步骤：发现邻居节点；测量线路开销；创建链路状态分组；发布链路状态分组；计算新的路由。本章知识点总结（四）移动主机登录过程：外地代理定期广播一个分组，宣布自己的存在及其地址；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，以及一些安全信息；外地代理与移动主机的主代理取得联系，核实移动主机是否真的在那；主代理检查安全性，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。本章知识点总结（五）拥塞发生原因：多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路；路由器的慢速处理器的缘故。拥塞控制和流控的差异：拥塞控制的任务是确保子网能够承受所到达的流量，这是一个全局性问题，流控只与特定的发送方和接收方之间的点到点流量有关。拥塞控制手段（开环）：确定何时接受新的流量、确定何时丢弃分组及丢弃哪些分组，以及在网络的不同节点上执行调度决策。本章知识点总结（六）拥塞控制手段（闭环）：监视系统，检测何时何地发生了拥塞；将该信息传递到能采取行动的地方；调整系统的运行，以改正问题。降低负载措施：拒绝为某些用户提供服务，给某些用户或者全部用户降低服务等级以及让用户以一种更有预见性的方式来安排他们的需求。拥塞策略：传输层：重传、乱序缓存、确认、流控制、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、分组生存策略；DL层：重传、乱序缓存、确认、流控制策略。本章知识点总结（七）虚电路拥塞控制：准入控制，即一旦出现拥塞的信号，则不再创建任何虚电路，直到问题解决为止；允许建立新的虚电路，但要谨慎选择路由，使所有新的虚电路都绕开有问题的区域；进行资源预留。数据报拥塞控制：警告位；抑制分组；逐跳抑制分组。抖动：分组到达时间的变化量。QoS参数：可靠性；延迟；抖动；带宽。本章知识点总结（八）集成服务：资源预留协议。区分服务：基于类别的服务质量。标签交换：在每个分组的前端增加一个标签，然后根据这个标签而不是根据目标地址进行路由。将这个标签作为内部表中的一个索引值，就可以把找到正确的输出线路变成简单的表格查询，利用这样的技术，路由过程可以很快完成，而且沿途预留必须的资源也很容易做到。MPLS。本章知识点总结（九）网际互连形式：LAN－LAN；LAN—WAN；WAN－WAN；LAN－WAN－LAN。网间连接器种类：转发器；网桥；路由器；网关。透明网桥工作过程：过滤数据库，确定该目的MAC地址是否在除X外的其它端口中；如果目的MAC地址没有列到X以外的端口中，则将该帧送往X端口外的所有端口进行扩散；如果目的MAC地址在过滤数据库的某个端口Y，则确定Y是否处于阻塞或转发状态，如果不是阻塞状态，则把该帧通过端口Y转发到它所连接的LAN中。本章知识点总结（十）路由器功能：建立并维护路由表；提供网络间的分组转发功能。IP对输入数据报的处理：主机对数据报的处理：当IP数据报到达主机时，如果IP数据报的目的地址与主机地址匹配，IP接收该数据并交给上层协议软件处理，否则抛弃。网关对数据报的处理：当IP数据报到达网关IP层后，网关首先判断本机是否是数据报到达的目的主机，如果是，网关将收到的IP数据报上传给高级协议软件处理。如果不是，网关将对接收到的IP数据报进行寻径，并随后将其转发出去。本章知识点总结（十一）IP数据报的分段与重组：目的主机根据标识域来判断收到的IP数据报属于哪一个数据报，以进行IP重组。标志域中的DF位标识该IP数据报是否允许分段。当需要对IP数据报进行分段时，如果DF位置1,网关将会抛弃该数据报，并向源主机发出出错信息。标志域中的MF位标识该IP数据报分段是否是最后一个分段。分段偏移域记录了该IP数据报分段在原IP数据报中的偏移量，分段偏移域被用来确定该IP数据报分段在IP数据报重组时的顺序。第三部分课后习题答案课后习题答案（一）1．网络层实现的功能主要有哪些？路由选择：通信子网为网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择，路由选择是网络层要实现的基本功能。路由选择包括两个基本操作，即最佳路径的判定和网间信息包的传送（交换）。两者之间，路径的判定相对复杂。拥塞控制：拥塞控制是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃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。网际互连：网际互连的目的是使用一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，使不同网络上的用户互相通信和交换信息。这不仅有利于资源共享，也可以从整体上提高网络的可靠性。课后习题答案（二）2．虚电路中的“虚”是什么含义？如何区分一个网络节点所处理的多个虚电路？在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用的，所以称之为“虚”电路。为使节点能区分一个分组属于哪条虚电路，每个分组必须携带一个逻辑信道号；同样，同一条虚电路的分组在各段逻辑信道上的逻辑信道号可能也不相同，传输中，当一个分组到达节点时，节点根据其携带的逻辑信道号查找虚电路表，以确定该分组应该应发往的下一个节点及其下一段信道上所占用的逻辑信道号，用该逻辑信道号替换分组中原先的逻辑信道号后，再将该分组发往下一个节点。课后习题答案（三）3．简述虚电路操作与数据报操作的特点、虚电路服务与数据报服务的特点。虚电路操作的特点：在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用的，所以称之为“虚”电路。每个节点到其它任一节点之间可能有若干条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输。两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路径可能相同也可能不相同，各节点的虚电路表是在虚电路建立过程中建立的。各节点的虚电路表空间和逻辑信道号都是网络资源，当虚电路拆除时必须回收。数据报操作的特点：在数据报操作方式中，每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据报。每个数据报自身携带有足够的信息，它的传送是被单独处理的。整个数据报传送过种中，不需要建立虚电路，但网络节点要为每个数据报做路由选择。课后习题答案（三）虚电路服务的特点：虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的可靠的数据传送方式。进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。提供这种虚电路服务的通信子网内部既可以是虚电路方式的，也可以是数据报方式的。数据报服务的特点：数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。端系统的网络层同网络节点中的网络层之间，一致地按照数据报操作方式交换数据。当端系统要发送数据时，网络层给该数据附加上地址、序号等信息，然后作为数据报发送给网络节点。目的端系统收到的数据报可能不是按序到达的，也可能有数据报的丢失。课后习题答案（四）4．考虑下面虚电路服务实现涉及的设计问题。如果虚电路用在子网内部，每个数据报文必须有一个3字节的含义，每个路由器必须留有8个字节的空间来标识虚电路。如果内部使用数据报，则需要使用一个156字节的分组头。假定每站段传输带宽的费用为第10字节1元人民币；路由器存储器的价格为每字节0.1元人民币，并且在未来两年会下降。平均每次会话长度为1000秒，传输200分组；分组平均需传4个站段。试问子网内部采用虚电路或数据报哪个便宜？便宜多少？课后习题答案（四）课后习题答案（五）5．考虑图5-5(a)中的子网。该子网使用了距离矢量路由算法，下面的矢量刚刚到达路由器C，来自B的矢量为（5,0,8,12,6,2）；来自D的矢量为（16，12，6，0，9，10）；来自E的矢量为（7，6，3，9，0，4）经测量，到B、D和E的延迟分别为6、3、5。请问C新路由表将会怎么样？请给出将使用的输出线路及期望（预计）的延迟。课后习题答案（五）课后习题答案（六）6．假定所有的路由器和主机都正常工作，路由器和主机的软件都没有错误。问：有没有可能（无论可能性多小）把一个分组递交到错误的目的地？通信子网为网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要确定向下一个节点传送的路径，这就是路由选择，路由选择是网络层要实现的基本功能。所以，当路由器和主机都正常工作的时候，不可能把一个分组传送到错误的目的地。课后习题答案（七）7．考虑图5-2（a）中的子网，采用（1）反向路径转发；（2）汇集树；从B广播，分别可形成多少个分组？课后习题答案（七）课后习题答案（八）8．计算如图5-8(a)所示子网中的路由器的一个多点播送生成树。课后习题答案（八）课后习题答案（九）9．什么叫拥塞？造成拥塞的原因是什么？拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃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，即出现假死锁现象。拥塞发生的原因：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放所有这些分组，那么有的分组就会丢失。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）。课后习题答案（十）10．简述防止拥塞的几种方法拥塞控制问题可以从控制论角度看待，解决的方案可以分为两类：开环的闭环的。完成开环控制的手段有：确定何时接受新的流量、确定何时丢弃分组及丢弃哪些分组，以及在网络的不同点执行调度决策，所有这些手段的共同之处是它们在做决定的时候不考虑网络的当前状态。开环算法可以分成在源端采取动作还是在目的端采取动作两类算法。闭环方案则建立在反馈环路的概念基础上，当这种方法用于拥塞控制的时候，它有三个部分：监视系统，检测到何时何地发生了拥塞。将该信息传递到能够采取行动的地方。调整系统的运行，以改正问题。课后习题答案（十一）11．网络互连设备按其工作的层次可分为几类？它们分别是什么？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OSI协议层。网络互连设备按其工作的层次可分为四类：它们分别是转发器、网桥、路由器和网关。网际互连的意义：网际互连的目的是使一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，使不同网络上的用户互相通信和交换信息。这不仅有利于资源共享，也可以从整体上提高网络的可靠性。转发器，是一种低层次设备，实现网络物理层的连接。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。路由器，作用于网络层，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。网关，提供传输层及传输层以上的各层间的协议转换，又称协议转换器。课后习题答案（十二）