計算機網絡-網絡層

教學內容：廣域網的基本概念廣域網中的分組轉發(fā)機制廣域網的路由選擇廣域網技術廣域網是作用地理范圍從數十公里到數千公里，可以連接若干個城市、地區(qū)甚至跨越國界、遍及全球的一種通信網絡。一般都是由電信公司所擁有。低速廣域網是傳輸速度較低的廣域網，低速廣域網包括電話網、綜合業(yè)務數字網ISDN、以及X.25分組交換網。高速廣域網是速度高、延遲小的一種廣域網，包括幀中繼網、異步傳輸模式ATM網以及同步光纖網SONET等。廣域網的基本概念廣域網的基本概念廣域網與局域網的區(qū)別廣域網由許多位于交換節(jié)點的交換機（稱為節(jié)點交換機）以及連接這些節(jié)點的鏈路組成。局域網的協(xié)議在數據鏈路層，廣域網的協(xié)議在網絡層。廣域網的主要問題是分組轉發(fā)。廣域網與局域網之間存在著較大的區(qū)別。從連接方式上看，廣域網的組成部分主要是分組交換機，采用的是點對點連接，而局域網的組成多為計算機，普遍采用多點接入技術。一個典型的互聯(lián)網拓撲結構，位于不同地址位置的多個局域網、廣域網連接后形成了互聯(lián)網。局域網、廣域網是互聯(lián)網的構件，在局域網或廣域網內部主機通信使用網絡的物理地址。

廣域網的基本概念廣域網的基本概念廣域網的組成廣域網中最基本的交換機稱為分組交換機（packetswitch，也稱為包交換機），它可以將分組從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點。

廣域網的組成在廣域網中，將網絡內部進行互連的交換機稱為內部交換機（interiorswitch），而把外圍與計算機直接相連的交換機稱為外部交換機（exteriorswitch），外部交換機也稱為邊緣交換機。廣域網的基本工作模式是存儲轉發(fā)（storeandforward），廣域網中的交換機及連接方式廣域網的基本概念廣域網的基本概念廣域網網絡層主要功能建立、維護、拆除N層連接組包/拆包路由，尋址，轉發(fā)流控、擁塞控制數據：正常數據流和快速數據流網絡互連。解決源端和目的端不在同一網絡帶來的問題。廣域網的基本概念廣域網網絡層服務

從OSI參考模型來看，廣域網涉及到下三層：物理層、數據鏈路層和網絡層。其中，網絡層為網絡中的主機提供了兩大類服務：面向連接的虛電路服務

面向非連接的數據報服務

9面向連接的虛電路服務用于建立、維護和拆除VC用于ATM、幀中繼、X.25中沒有用于今天的因特網中應用運輸網絡數據鏈路物理應用運輸網絡數據鏈路物理1.發(fā)起呼叫2.入呼叫3.接受呼叫4.呼叫已連接5.數據流開始6.接收數據廣域網的基本概念虛電路的轉發(fā)表廣域網的基本概念11面向非連接的數據報服務在網絡層無呼叫建立盡最大努力交付分組使用目的主機地址轉發(fā)，在相同源和目的對可能采用不同的路徑應用運輸網絡數據鏈路物理應用運輸網絡數據鏈路物理1.發(fā)送數據2.接收數據廣域網的基本概念數據報的轉發(fā)表廣域網的基本概念13因特網在計算機間交換數據“彈性”服務，無嚴格的定時要求“智能”端系統(tǒng)(計算機)能夠適應，執(zhí)行控制，差錯控制網絡內部簡單，“邊緣”復雜許多鏈路類型不同的特點難以提供統(tǒng)一服務ATM從電話技術演化來人類交談：嚴格定時，可靠性要求對確保服務的需求“啞”端系統(tǒng)電話網絡內部復雜廣域網的基本概念虛電路服務與數據報服務的對比對比的方面虛電路服務數據報服務思路可靠通信應當由網絡來保證可靠通信應當由用戶主機來保證連接的建立必須有不需要終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號每個分組都有終點的完整地址分組的轉發(fā)屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進行轉發(fā)每個分組獨立選擇路由進行轉發(fā)當結點出故障時所有通過出故障的結點的虛電路均不能工作出故障的結點可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達終點到達終點時不一定按發(fā)送順序端到端的差錯處理和流量控制可以由網絡負責，也可以由用戶主機負責由用戶主機負責教學內容：廣域網的基本概念廣域網中的分組轉發(fā)機制廣域網的路由選擇廣域網技術廣域網中的分組轉發(fā)機制網絡層涉及的是將源端發(fā)出的分組經各種途徑送到目的端。中間可能經過許多結點。是處理端到端的最低層。路由:

決定分組從源到目的地所采用的路由轉發(fā):

將分組從路由器的輸入移動到適當的路由器輸出路由算法類比:路由:

規(guī)劃從源到目的地路徑的過程轉發(fā):

通過單個立交橋的過程171230111到達分組首部的值選路算法本地轉發(fā)表首部值輸出鏈路01000101011110013221路由對轉發(fā)的影響虛電路的分組轉發(fā)建立虛電路時確定路徑，數傳階段實現(xiàn)邏輯電路號變換，按固定方向轉發(fā)。廣域網中的分組轉發(fā)機制廣域網中的分組轉發(fā)機制數據報的分組轉發(fā)查找轉發(fā)表，根據目的地址確定下一站的轉發(fā)端口1.廣域網的物理編址在許多廣域網中使用了層次編址方案（hierarchicaladdressingscheme）最簡單的層次編址稱為兩段式層次地址。主機地址：每臺主機在廣域網中的地址是惟一的所連接交換機編號所連接的交換機的端口號廣域網中的分組轉發(fā)機制2.轉發(fā)表結構每一個交換機中都有一個轉發(fā)表，簡稱為路由表（routingtable）。路由表中有兩個重要的組成：即分組的目的站點和下一站點（nexthop）。

廣域網中的分組轉發(fā)機制轉發(fā)表結構沒有源地址項，轉發(fā)只考慮目的站路由選擇中的下一個站點只取決于發(fā)組中的目的站點地址，而與源站點地址無關，這個概念稱為原地址獨立性（sourceindependence）。直接交付間接交付

廣域網中的分組轉發(fā)機制直接交付，當分組的源主機和目的主機是在同一個網絡，或轉發(fā)是在最后一個交換機與目的主機之間時將直接交付。廣域網中的

分組轉發(fā)機制間接交付，目的主機與源主機不在同一個網絡上，分組間接交付。廣域網中的分組轉發(fā)機制3.轉發(fā)過程按照分組的目的站點的交換機號確定下一跳目的交換機根據主機連接端口號確定交付的主機廣域網中的分組轉發(fā)機制為使廣域網能夠正常運行，交換機中的路由表必須符合以下條件：

完整的路由。每個交換機的路由表中必須包含有能夠到達所有目的站點的“下一站點”

路由優(yōu)化。對于一個給定的目的站點而言，交換機的路由表中的“下一站點”必須是指向目的站點的最短路徑。廣域網中的分組轉發(fā)機制4.轉發(fā)表簡化按交換機號合并表項，修改第一列目標主機為目標主機所連接交換機。默認路由（缺省路由）項，用一個條目來代替路由表中具有相同“下一站點”的多條重復條目。默認路由的目的站點用符號“*”表示。目的是減少查找轉發(fā)表的時間，提高處理速度。每個節(jié)點的路由表使用了默認路由后的簡化路由表教學內容：廣域網的基本概念廣域網中的分組轉發(fā)機制廣域網的路由選擇廣域網技術廣域網中的路由選擇路由與轉發(fā)，根據路由選擇算法構造路由表，根據路由表得到轉發(fā)表，分組轉發(fā)時查找轉發(fā)表進行轉發(fā)。路由選擇算法是網絡層軟件的一部分，負責確定分組的傳輸路線。具有全局性。路由選擇算法的工作在網絡層，設備涉及廣域網中的交換機和互聯(lián)網的路由器。廣域網互連網的路由區(qū)別一個理想的路由算法應具有以下的特點：算法必須是正確和完整的。分組能夠根據交換機中的路由表成功到達目的計算機；在一個網絡中，路由表應該包含所有能夠到達的交換機的信息。算法應力求盡量簡單。算法復雜將會增加系統(tǒng)的開銷，所以路由算法在保證功能實現(xiàn)的同時應盡可能的簡單。算法應能夠適應網絡流量和網絡拓撲的變化。當網絡流量發(fā)生變化時，算法應能夠自動改變路由以實現(xiàn)各鏈路的負載均衡；當網絡硬件發(fā)生故障時，算法能夠及時發(fā)現(xiàn)故障并將故障發(fā)送給其他的交換機。同時，當故障排除后，算法也應及時恢復路由。廣域網中的路由選擇一個理想的路由算法應具有以下的特點：算法應具有穩(wěn)定性。當路由表建立后，如果網絡的通信流量和鏈路狀態(tài)相對穩(wěn)定，這時算法應保證路由表的穩(wěn)定性。算法應是公平的，對所有的用戶平等對待。算法應是最佳的，以最小代價實現(xiàn)路由算法。廣域網中的路由選擇討論路由選擇算法涉及的主要參數：跳數（hopcount），分組從源結點到達目的結點經過的路由器的個數。帶寬（bandwidth），鏈路的傳輸速率。延時（delay），分組從源結點到達目的結點花費的時間。負載（load），通過路由器或線路的單位時間通信量?？煽啃裕╮eliability），傳輸過程中的誤碼率。開銷（overhead），傳輸過程中的耗費，與所使用的鏈路帶寬相關。廣域網中的路由選擇分類：

靜態(tài)路由（staticrouting）。在交換機啟動時計算和設置路由，此后路由不再改變。

動態(tài)路由（dynamicrouting）。在交換機啟動時進行初始化，當網絡發(fā)生變化（如某一臺交換機出現(xiàn)阻塞或某一條鏈路出現(xiàn)故障時）時隨時進行更新。廣域網中的路由選擇復雜性所有結點共同協(xié)調完成環(huán)境變化，無法預測擁塞狀態(tài)下難于獲得路由選擇策略廣域網中的路由選擇廣域網中的路由選擇與流量控制好的流控使更多的通信量流入網絡，好的路由選擇可以使網絡的平均時延較低。輸入網絡的負載增大，網絡的平均時延增大，需要進一步的流量控制，拒絕一些負載。網絡的平均時延隨網絡的通信量增大，良好的路由選擇可以使網絡對吞吐量的變化性能得到改善。廣域網中的路由選擇路由選擇對網絡吞吐量和時延的影響路由選擇與流量控制之間的關系教學內容：廣域網的基本概念廣域網中的分組轉發(fā)機制廣域網的路由選擇廣域網技術廣域網技術低速廣域網是傳輸速度較低的廣域網，低速廣域網包括電話網、綜合業(yè)務數字網ISDN、以及X.25分組交換網。高速廣域網是速度高、延遲小的一種廣域網，包括幀中繼網、異步傳輸模式ATM網以及同步光纖網SONET等。公用交換電話網（PSTN）綜合業(yè)務數字網（ISDN）分組交換網X.25幀中繼FR異步傳輸方式ATM同步光纖網SONET廣域網技術X.25標準的層次關系廣域網技術廣域網技術ISDN是由綜合數字電話網發(fā)展起來的一個網絡，它提供端到端的數字連接以支持廣泛的服務，包括聲音的和非聲音的，用戶的訪問是通過少量多用途用戶網絡接口標準實現(xiàn)的。ISDN協(xié)議參考模型的基本概念是建立在ISO/OSI參考模型的分層通信原理基礎上，它和ISO/OSI參考模型的區(qū)別在于多通道訪問接口結構以及公共通道信令，它包括了多種通信模式和能力。分組交換是一種在距離相隔較遠的工作站點之間進行大容量數據傳輸的有效方法，它結合線路交換和報文交換的優(yōu)點，將信息分成較小的分組進行存儲、轉發(fā)，動態(tài)分配線路的帶寬。X.25網是最常用的分組交換網，X.25描述了將一個分組終端連接到一個分組網絡上所需要做的工作。X.25包含有3層協(xié)議，即物理層，鏈路層和分組層。X.25的分組層提供虛電路服務，數據以分組形式通過外部虛電路傳輸。虛電路有兩種類型：呼叫虛電路和永久虛電路。呼叫虛電路是通過呼叫建立和呼叫清除等過程動態(tài)地建立起來的虛電路。永久虛電路則是固定的虛電路。廣域網技術現(xiàn)代數據通信設施具有高質量、高可靠的傳輸鏈路，很多場合采用光纖，提供了高可靠的傳輸技術，采用X.25不僅其開銷是不必要的，而且會大大影響高速數據鏈路的利用率。幀中繼的設計，消除了很多X.25對最終用戶系統(tǒng)和分組交換網所需的開銷。ATM的信元結構包含5個字節(jié)的信元頭和48個字節(jié)的信元信息域，合計為53字節(jié)的固定字長。字節(jié)是按遞增順序發(fā)送，從第一個字節(jié)開始，字節(jié)中的位是按遞減順序發(fā)送，從第8位開始。廣域網技術ATM網絡被設計成能夠同時傳送很多不同類型的通信量，包括實時的流量，例如話音、圖像以及突發(fā)的TCP流量。雖然每一種通信量是以一串53字節(jié)的信元形式通過虛通路的，但每一種數據流量在網絡內被處理的方法，則依賴于通信流量的特性和應用的需求。SONET和SDH標準