《計算機通信網(wǎng) 》第5章 網(wǎng)絡層2

3.4分級路由體系(簡單了解)大型網(wǎng)絡可能成百上千(或更多)的路由節(jié)點不適宜只實施一種路由協(xié)議分級：分而治之分級：Domain、Area、…分級路由域內路由：通常情況域間路由每個域規(guī)定一個“指派路由器”參與域間路由信息交互域間拓撲結構每個域看做一個“節(jié)點”為指派路由器規(guī)定“鄰居”關系域間路由協(xié)議在指派路由器間運行路由協(xié)議Domain-1Area-0Area-1Area-2Area-3Domain-2指派路由器13.5一些特殊的路由移動主機的路由策略廣播數(shù)據(jù)的路由多點播送數(shù)據(jù)的路由無線多跳網(wǎng)的路由技術2主機從一個位置移動到另一個位置下的通信網(wǎng)絡中路由選擇結果，分組只能送到主機原來位置不可能因主機移動，讓網(wǎng)絡所有路由器修改FIT移動主機路由(簡單了解)主機主機移動主機分組傳輸失敗3移動主機路由移動路由解決方案設置“家鄉(xiāng)代理”和“外地代理”家鄉(xiāng)代理登記主機外出情況和外出位置外地代理接受主機移動進入，并向它的家鄉(xiāng)報告家鄉(xiāng)代理截獲到移動主機的分組，轉交到外地代理不能直接轉交分組只能把分組作為“數(shù)據(jù)”封裝到另一個分組上傳(隧道技術)外地代理把分組遞交到移動主機移動主機發(fā)出的分組按常規(guī)路由主機主機移動主機家鄉(xiāng)代理外地代理家鄉(xiāng)代理外地代理移動主機代理通告移入請求移動登記確認移入許可固定主機分組分組(隧道)分組分組4移動主機路由事例本地代理AB外地代理x注冊通知A在我這里A在x處5廣播路由廣播：分組送達網(wǎng)絡所有節(jié)點實現(xiàn)方法獨立向各個節(jié)點發(fā)送一份拷貝(十分低效)多目標分組廣播分組格式有多個目的地址項路由器按地址項分別選擇路徑洪泛(已講述，效率較低)生成樹鏈路設置成是否允許轉發(fā)廣播分組允許轉發(fā)的鏈路構成網(wǎng)絡的一顆樹廣播按樹轉發(fā)(高效)逆向路徑轉發(fā)6多播路由選擇多播組的含義一組節(jié)點(既不是所有節(jié)點，也不是單個節(jié)點)組的劃分不固定，可動態(tài)形成節(jié)點可自由加入一個或多個組多播路由(要求路由器具備多播功能)將分組路由到指定組的所有成員路由算法：多播樹應用示例DV路由組(用多播與鄰居交換信息)SPF路由組(可用多播路由取代擴散算法)其它應用(見書中內容)多播組1多播組2多播組3多播組47多播路由選擇多播組組成員不固定，節(jié)點可自由加入一個或多個組多播數(shù)據(jù)—向一個組發(fā)送的數(shù)據(jù)多播路由：向一個組發(fā)送的路由算法稱多播路由多播路由的實現(xiàn)：播送樹（多播樹）信源樹路由算法核心樹路由算法（共享樹）生成樹小組1的多點播送樹小組2的多點播送樹8多點播送路由選擇信源樹組播組里，每個發(fā)送源都形成一棵組播樹－－有源樹組播節(jié)點在轉發(fā)數(shù)據(jù)時，根據(jù)分組源地址和相應的樹表，決定轉發(fā)的路徑共享樹－－核心基本樹在組播組里，大家遵循同一顆組播樹－－共享樹組播源站先想辦法將數(shù)據(jù)發(fā)送到共享樹的根節(jié)點，由根節(jié)點再延著樹轉發(fā)數(shù)據(jù)減少樹表所占空間組播樹的形成－－協(xié)議11111源源1111根19組播標準組播地址IP組播地址：~55（D類）

（11100000）（11101111）MAC組播地址：0x0100.5Exx.xxxx0100.5E00.0000----0100.5E07.FFFF映射：IP地址的后28位MAC地址的后23位（25:1）組播路由協(xié)議密集模式（SPT-有源樹）：DVMRP、PIM-DM稀疏模式（RPT-共享樹）：PIM-SM、CBT鏈路狀態(tài)協(xié)議（SPT）：MOSPF組播組管理協(xié)議IGMP：v1、v2、v3 10無線多跳網(wǎng)絡－AdHoc網(wǎng)絡站點可以自由移動無線信號傳播范圍有限動態(tài)變化的拓撲結構路由技術如果站點移動速度緩慢—拓撲緩慢變化改進的DV路由算法—DSDV、OLSR如果站點移動速度較快—拓撲變換較快DV路由算法不可用SPF算法不可用確定臨時路由的路由算法(按需路由、反應式路由)AODV：用擴散法尋找目的節(jié)點，利用返回的應答建立路由無線多跳網(wǎng)絡的路由技術擴11作業(yè)11、簡述在距離矢量算法（D-V）和鏈路狀態(tài)算法（L-S）中，各節(jié)點計算路由轉發(fā)表時，各以什么為依據(jù)？并以此分別說明采用D-V和L-S算法的節(jié)點對網(wǎng)絡拓撲的了解情況。2、下圖中以延遲為代價，請用D-V算法和L-S算法分別計算C點的路由轉發(fā)表（要求答題步驟：初始表，收到中間信息后，路由的變化過程，以及穩(wěn)定后C點的路由表）ABEDC5311221124擁塞控制擁塞問題擁塞控制策略擁塞控制方法開環(huán)控制閉環(huán)控制服務質量（QoS）保障技術服務模型13144.1擁塞問題擁塞現(xiàn)象一種常見的主機接入結構如圖各站點都用100Mbps信道連接網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備只有一條100Mbps信道連接到網(wǎng)絡其它部分平均來看，每臺主機僅有25Mbps的通信容量若某個時間段T內，各主機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率總和超過100Mbps，那么，網(wǎng)絡設備上將出現(xiàn)數(shù)據(jù)的堆積r1r2r3r4100Mbps網(wǎng)絡∑ri≥100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps假速率144.1擁塞問題擁塞現(xiàn)象網(wǎng)絡流量過于集中到某些節(jié)點

和鏈路鏈路：分組太多，超過我的能力了！節(jié)點：分組太多，受不了了！154.1擁塞問題擁塞原因問題1：信道過載問題問題2：節(jié)點過載問題B當多條路由經過同一個節(jié)點，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量超過該節(jié)點的分組處理能力，分組將在節(jié)點B處堆積。結果同上Br1rnRT∑ri≥RT路由當多條路由經過同一條鏈路，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過該鏈路的總容量時，分組將在節(jié)點B處堆積。結果1：分組堆積量超過節(jié)點A存儲能力結果2：各條路由的實際傳輸能力下降RPrjrirk節(jié)點B的分組處理能力為RP(分組/秒)鏈路的傳輸容量為RT(分組/秒)輸入分組速率ri(分組/秒)問題1和問題2是兩個本質不同的獨立問題問題1需要用路由算法解決(或鏈路擴容)問題2需要升級節(jié)點處理能力∑ri≥RP16★4.1擁塞問題分組堆積假設鏈路都是100Mbps，每個站點發(fā)送的速率都是25Mbps，在網(wǎng)絡設備上是否會出現(xiàn)分組堆積？25Mbps100Mbps25Mbps25Mbps25MbpsT1>T,說明路由器中出現(xiàn)了短暫的堆積現(xiàn)象由于傳輸空缺現(xiàn)象，路由器實際傳輸速率<100Mbps,隨著空缺的繼續(xù)出現(xiàn)，路由器中的分組堆積愈加嚴重(輸入端保持100Mbps)T站點1站點2站點3站點4站點發(fā)送情況T1路由器發(fā)送情況非均勻的突發(fā)流量17分組堆積：排隊論模型分組到達服從均值為λ的泊松分布pn(τ)：在時間間隔τ內有n個分組達到的概率分組隊列到達分組按順序排隊，依次接受服務服務一次服務一個分組，單位時間內可服務R個分組18客戶隊列服務生分組到達18分組堆積-排隊論模型分組平均排隊長度分組平均等待時間分析理解λ/R表示：分組平均到達數(shù)與服務能力的比值(負載率)當r接近R時，排隊延時急劇上升當平均通信量達70%時，該考慮信道容量升級了！否則，排隊現(xiàn)象將降低網(wǎng)絡服務質量19194.1擁塞問題-小結擁塞原因分組在設備上堆積、丟棄導致源節(jié)點超時重傳信道有效速率降低擁塞后果超過臨界點，有效吞吐率降低入網(wǎng)流量進一步加劇擁塞最終導致網(wǎng)絡癱瘓完美情況網(wǎng)絡流量小于網(wǎng)絡最大負荷時，所有通信量能全部通過網(wǎng)絡流量超過網(wǎng)絡最大負荷時，網(wǎng)絡能以最大負荷工作期望情況網(wǎng)絡對流量的承載能力接近完美曲線流量吞吐量理想100%100%擁塞擁塞控制期望效果204.2擁塞控制策略涉及四個方面上層(網(wǎng)絡層之上)控制：適當降低通信量（后一章內容）路由協(xié)議控制：最佳路由策略(應盡可能分散路徑)如LS協(xié)議：盡可能選擇不同“等距路徑”網(wǎng)絡層控制：預防或處理分組堆積預防分組堆積、堆積后處理流量處理：流量整形突發(fā)流量更易產生擁塞降低通信量路由：將路徑分散擁塞：分組堆積214.2擁塞控制策略影響擁塞控制的策略層策略集傳送層重傳策略亂序緩存策略確認（應答）策略流控制策略確定超時的方法網(wǎng)絡層虛電路子網(wǎng)vs數(shù)據(jù)報子網(wǎng)分組排隊和服務策略分組丟棄策略路由選擇算法分組生存期管理數(shù)據(jù)鏈路層重傳策略亂序緩存策略確認（應答）策略流控制策略224.2擁塞控制策略擁塞控制與流量控制相互影響流量控制的不好是造成擁塞的原因之一網(wǎng)絡擁塞導致目的節(jié)點響應慢，誤判為需流量控制擁塞控制與流量控制的差異控制對象不同流控：局部于兩點之間擁控：全局控制，擁塞點－附近節(jié)點－全網(wǎng)范圍控制結果不同流控：兩點之間發(fā)送方降速擁控：擁塞點得到緩解控制方法不同流控：降低發(fā)送速度擁控：預分配資源，更改路徑，丟棄分組等★234.3擁塞控制方法★開環(huán)控制模型：預防和避免節(jié)點資源調度流量整形分組丟棄…閉環(huán)控制模型：檢測和解除(檢測到(將)擁塞時采取措施)檢測丟棄、延時、隊列長度等準入控制、另選路徑擁塞通知、分組抑制負載(分組)丟棄…擁塞控制節(jié)點擁塞控制節(jié)點擁塞檢測24開環(huán)控制通信量整形（Shaping）對突發(fā)通信量進行平滑(削峰填谷)，增加預見性，有利于減少擁塞通信量整形技術漏桶算法間隔T發(fā)送一個單位信息桶滿時溢出(丟棄)桶空時無流量實際通信量平滑通信量輸入速率(隨機變化)分組漏桶：恒定分組速率字節(jié)漏桶：恒定字節(jié)速率桶空T輸出速率證明：當輸入速率的均值等于輸出速率(1/T)時，桶中將始終有數(shù)據(jù)在排隊25開環(huán)控制—通信量整形令牌桶算法—漏桶改進算法每T秒產生一個令牌，存放在漏桶中，令牌累積到漏桶上界時就不再增加（令牌桶容量）每發(fā)送一個信息（字節(jié)或分組）消耗一個令牌沒有流量時，保留令牌以等待流量出現(xiàn)有流量沒有令牌時，等待令牌產生允許突發(fā)流量恒定速率產生令牌連續(xù)流出積累令牌信息隊列連續(xù)發(fā)送的信息（分組）數(shù)=f(令牌速率，桶容量，輸出速率）T令牌桶26開環(huán)控制—通信量整形令牌桶允許的突發(fā)流量長度計算設：漏桶的容量為C、最大漏出速率為M、令牌的輸出速率為p，突發(fā)時間長度為S？漏出的最大數(shù)據(jù)量=漏完滿桶+新增的量=C+pSS時間內以最大漏出速率漏出的量=MS故有C+pS=MS由此求得：S=C/(M-p)2Mbps250kb25Mbps最大突發(fā)長度(25M速率)=11ms當令牌產生的速率p接近最大漏出速率M時，最大突發(fā)長度將急劇增長2728開環(huán)控制—通信量整形漏桶算法與令牌桶算法的區(qū)別流量整形策略不同漏桶算法不允許積累發(fā)送權，以便發(fā)送大的突發(fā)數(shù)據(jù)令牌桶算法允許，最大長度與桶的大小和令牌產生速率有關桶的作用不同漏桶中存放的是數(shù)據(jù)包，桶滿了丟棄數(shù)據(jù)包；令牌桶中存放的是令牌，桶滿了丟棄令牌，不丟棄數(shù)據(jù)包。29開環(huán)控制—隨機早期丟棄(RandomEarlyDetection)控制排隊長度的技術當排隊長度小于L1時，到達的分組進入排隊當排隊長度大于L1、小于L2時，隨機丟棄進入的分組當排隊長度大于L2時，丟棄所有進入排隊的分組分組丟棄概率p，隨隊列長度增加，丟棄概率相應增加L1L2L1L1L2L1L2p01分組丟棄算法到達分組x=uniform[0,1]排隊，當x>p丟棄，當x≤p30閉環(huán)控制—源抑制基本思想路由器監(jiān)控輸出線路及其它資源的利用情況（擁塞檢測），當利用率超過某個閾值時，路由器通知源站減速控制源頭，降低入網(wǎng)的分組量速率控制方式（AIMD）按一定比例a降速，保證快速解除擁塞；以常量m增加，防止很快導致?lián)砣?。當收到擁塞通告時：f新=a·f舊，0<a<1(快速降低)當不再收到擁塞通告時：f新=f舊+m(緩慢增加)源節(jié)點擁塞檢測中間節(jié)點擁塞控制擁塞通告分組流量31閉環(huán)控制—源抑制如何通知源節(jié)點設置警告位（隱性通告）分組中包含擁塞警告位，擁塞節(jié)點將其置位，目的節(jié)點將該信息回傳給源節(jié)點（在確認分組頭部設置警告位）有意見認為這樣反饋太遲鈍了抑制分組（顯性通告）向源發(fā)送抑制分組，指出發(fā)生擁塞的目的地址，同時將原分組打上標記（后續(xù)節(jié)點不再產生抑制包），正常轉發(fā)有意見認為由于存在多個源，這會使網(wǎng)絡負擔增加源節(jié)點擁塞檢測中間節(jié)點擁塞控制抑制分組警告位通知源節(jié)點目的節(jié)點警告位警告位32閉環(huán)控制—逐跳抑制基本思想抑制分組對它經過的每個路由器都起作用；能夠迅速緩解發(fā)生擁塞處的擁塞；上游路由器要求有更多的緩沖區(qū)；在高速、長距離的網(wǎng)絡中，由于源節(jié)點響應太慢，源抑制算法對擁塞控制的效果并不好，可采用逐跳抑制算法33閉環(huán)控制—負載脫落（LoadShedding）基本思想擁塞路由器根據(jù)一定策略丟棄部分或全部排隊的分組路由器的絕招部分丟棄時丟棄哪些分組？(有許多意見，不一而足)丟棄新分組(葡萄酒策略)，還是丟棄舊分組(牛奶策略)文件傳輸，優(yōu)先丟棄新包，wine策略多媒體服務，優(yōu)先丟棄舊包，milk策略優(yōu)先級策略：首先丟棄優(yōu)先級低的分組劫富濟貧策略：丟棄流量大的分組用戶協(xié)商策略：丟棄超出協(xié)商值的分組擁塞檢測中間節(jié)點負載丟棄Weighted-RED算法Flow-basedweightedRED算法344.4服務質量(QoS,QualityofService)流（flow）：源到目的地的一串分組流說明（FlowSpecification）：一個數(shù)據(jù)流的發(fā)送方、接收方和通信子網(wǎng)三方認可的、描述發(fā)送數(shù)據(jù)流的模式和希望得到的服務質量的數(shù)據(jù)結構，稱為流說明。對發(fā)送方的流說明，子網(wǎng)和接收方可以做出三種答復：同意、拒絕、其它建議。流的服務需求特征通過可靠性、時延、抖動、帶寬等一系列參數(shù)描述354.4服務質量QoS參數(shù)速率CBR：提供恒定速率的通信服務VBR：提供可變速率的通信服務GBR：提供最低速率保障的通信服務可靠性高可靠性(文件傳輸?shù)?、低可靠性、中等可靠性延遲文件傳輸要求低、話音傳輸要求高延遲抖動文件傳輸要求低、話音傳輸要求高其它364.4服務質量流（應用）服務需求的多樣性應用業(yè)務類型可靠性延時延時抖動帶寬（速率）E-mail高低低低文件傳輸高低低中Web訪問高中低中遠程登錄高中中低音頻點播低低高中視頻點播低低高高電話低高高低視頻會議低高高高374.4服務質量QoS保障技術過度供給（Overprovision）緩存（Buffering）準入控制（Admissioncontrol）流量整形與監(jiān)管（TrafficShapingandpolicing）分組調度（PacketScheduling）排隊算法（Queuing）資源預留（ResourcereSerVationProtocol）為即將開始的通信在路徑上預留足夠的資源CPU分組處理能力、鏈路傳輸能力、預留緩沖區(qū)等38QoS保障技術分組調度技術調度算法發(fā)送Q1Q2Qn隊列分組調度模型Q1空？Q2空？Qn空？取分組取分組取分組發(fā)送nnn調度PQ：優(yōu)先級排隊特征：高優(yōu)先級總有數(shù)據(jù)時，低優(yōu)先級數(shù)據(jù)得不到發(fā)生機會Q1空？取分組n發(fā)送Q2空？取分組n發(fā)送Qn空？取分組n發(fā)送調度FQ：公平排隊特征：各個隊列有公平(加權w)的分組調度機會w1w2wn39QoS模型綜合服務(IntServ，IntegratedService)基于流的服務（Flow-based）根據(jù)每個通信流的QoS需求，尋求有效保障措施采用資源預留協(xié)議-RSVP信令協(xié)議難！不同流的QoS需求變化多端！區(qū)分服務(DiffServ,DifferentiatedService)基于類別的服務（Class-based）將通信流的QoS需求分為幾大類，針對每一類采取保障措施較易：事先確定不同類的QoS保障措施404.5擁塞控制—小結網(wǎng)絡層除路由算法外、還有更多的任務擁塞控制開環(huán)控制緩沖預分配、流量整形、隨機早期丟棄閉環(huán)控制入網(wǎng)流量抑制、載荷脫落QoS保障流量整形、資源預留、準入控制、分組調度InterServ、DiffServ41網(wǎng)際網(wǎng)5網(wǎng)絡互聯(lián)★互聯(lián)多個網(wǎng)絡是現(xiàn)實世界的客觀需求WAN：TCP/IP、ATM、x.25LAN：IEEE802、DECnetMAN：802.16、移動通信網(wǎng)（3/4G）、廣播電視網(wǎng)互聯(lián)起來的網(wǎng)絡稱為“網(wǎng)際網(wǎng)”，或“互聯(lián)網(wǎng)”互聯(lián)的含義各個網(wǎng)絡是對等的通信關系客觀上需要多種網(wǎng)絡的并存和互通42網(wǎng)絡互聯(lián)面臨的問題網(wǎng)絡如此不同項目一些可能性服務類型面向連接的服務、無連接服務協(xié)議IP、IPX、ATM、MPLS編址方式結構和長度不同：平面結構（802）、層次結構（IP）分組大小每個網(wǎng)絡都有自己的最大值限制服務質量許多不同的種類；支持，或者不支持差錯處理可靠的、不可靠的；有序的、無序的擁塞控制漏桶、令牌桶、RED、抑制分組…43★網(wǎng)絡互聯(lián)的層次模型用層次模型揭示互聯(lián)的本質問題考察兩個完全不同的網(wǎng)絡之間的互聯(lián)問題兩個不同的網(wǎng)絡的互聯(lián)網(wǎng)絡A網(wǎng)絡BLink-APhy-ANet-ALink-BPhy-BNet-BA網(wǎng)站點B網(wǎng)站點相同的協(xié)議才能實現(xiàn)平等對話XXXX相同的信道才能連接起來兩個完全不同的網(wǎng)絡無法直接互聯(lián)起來的！對等實體間才能實現(xiàn)通信，對等實體是實現(xiàn)相同協(xié)議的實體。44協(xié)議實體與互聯(lián)不同的實體之間，不同的協(xié)議體系之間互聯(lián)，就像兩個不同國家的人想要語言交流一樣請思考一下，我們用了哪些方法以便和國外的人交流？45網(wǎng)絡互聯(lián)技術協(xié)議轉換協(xié)議覆蓋隧道技術46方式1：協(xié)議轉換采用網(wǎng)關實現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡的互聯(lián)選擇在適當?shù)膶哟芜M行協(xié)議轉換網(wǎng)關（多協(xié)議路由器）兩套協(xié)議，分別連接A網(wǎng)和B網(wǎng)實現(xiàn)在A網(wǎng)和B網(wǎng)間的分組格式轉換(協(xié)議轉換)網(wǎng)絡A網(wǎng)絡B網(wǎng)關Link-APhy-ANet-ALink-BPhy-BNet-BA網(wǎng)站點B網(wǎng)站點Phy-BPhy-ALink-ALink-BNet-BNet-A分組轉換AB47協(xié)議轉換協(xié)議轉換難度很大，通常只在相似協(xié)議之間實現(xiàn)Ethernet－TokenRing少數(shù)幾種轉換之一IP－X.25無法實現(xiàn)轉換（多數(shù)協(xié)議轉換均以失敗告終）80年代以來，國際標準化組織一直致力于協(xié)議的轉換，以實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)，結果以失敗告終！Link-APhy-ANet-ALink-BPhy-BNet-BA網(wǎng)站點B網(wǎng)站點Phy-BPhy-ALink-ALink-BNet-BNet-A分組轉換AB傳送層A傳送層B應用層B應用層AXX48協(xié)議轉換失敗原因不同網(wǎng)絡的協(xié)議難于轉換！高層協(xié)議(端—端)仍需要相同協(xié)議才能對等通信沒有高層的通信，網(wǎng)絡互聯(lián)沒有任何意義地址映射不可行比如：因特網(wǎng)IP地址到移動通信網(wǎng)手機號碼的轉換假設A網(wǎng)絡是IP地址，B網(wǎng)絡是手機號碼地址還有其它若干問題，使協(xié)議轉換技術不可行網(wǎng)絡A網(wǎng)絡B--IP地址只能定位A網(wǎng)中的主機--手機號碼無法在A網(wǎng)中使用--A網(wǎng)站點如何指定B網(wǎng)中的主機？--手機號碼地址只能定位B網(wǎng)中的主機--IP地址無法在B網(wǎng)中使用--B網(wǎng)站點如何指定A網(wǎng)中的主機？49方式2--協(xié)議覆蓋技術屏蔽網(wǎng)絡A和網(wǎng)絡B的（內聯(lián)）網(wǎng)絡層協(xié)議差異，所有站點全部覆蓋統(tǒng)一的（互聯(lián)）網(wǎng)絡層協(xié)議(及高層協(xié)議)，徹底消除兩個不同網(wǎng)絡通信的障礙各個網(wǎng)絡從互聯(lián)網(wǎng)絡層直至高層的協(xié)議全部統(tǒng)一起來統(tǒng)一的內容網(wǎng)絡地址、通信方式、路由方式等，所有網(wǎng)絡在互聯(lián)網(wǎng)絡層及以上全部實現(xiàn)了統(tǒng)一IPIPIPIPIPLink-APhy-A網(wǎng)絡ANet-ALink-BPhy-B網(wǎng)絡B50★協(xié)議覆蓋技術IP是這種覆蓋方式典型實例InternetProtocolIP的覆蓋思想Case1：若網(wǎng)絡A不需要自己的網(wǎng)絡層就能實現(xiàn)任意站點間的通信(如以太網(wǎng))，則網(wǎng)絡層及上層全部用IP的協(xié)議棧替代Case2：若網(wǎng)絡A必須借助自己的網(wǎng)絡層才能實現(xiàn)任意站點間的通信(如X.25),則保留其網(wǎng)絡層，之上協(xié)議全部用IP協(xié)議棧替換IP的網(wǎng)絡層子層劃分三個子層，分別對應網(wǎng)絡間組網(wǎng)、網(wǎng)絡內組網(wǎng)、網(wǎng)絡內連接三部分網(wǎng)絡AIPIPIPIPIPLink-APhy-AIPLink-APhy-AIPNet-ACase1Case2網(wǎng)際互聯(lián)子層網(wǎng)絡內連子層網(wǎng)絡接口子層網(wǎng)絡層子層劃分51協(xié)議覆蓋技術例覆蓋相同的網(wǎng)絡互聯(lián)子層以進行網(wǎng)絡互聯(lián)MACX.25IPMACIPIPX.25不同的網(wǎng)絡在網(wǎng)絡互聯(lián)子層統(tǒng)一為IPX.25L3LAPBX.21802.3MAC802.3PHYIPX.25L3LAPBX.21IP802.3MAC802.3PHYIP52方式3--隧道技術通過不同的網(wǎng)絡或通信技術，連接相同的網(wǎng)絡源網(wǎng)絡和目的網(wǎng)絡是同構網(wǎng)絡中間網(wǎng)絡只起“隧道”的作用－－透明傳輸?shù)摹靶诺馈盉A網(wǎng)-1A網(wǎng)-2ALink-BPhy-BNet-BNet-ALink-BPhy-BNet-BNet-AAB53構造隧道網(wǎng)關，使A-1的站點可以與A-2的站點通信網(wǎng)關一邊是A網(wǎng)接口，一邊是B網(wǎng)接口A網(wǎng)的網(wǎng)絡層既在A網(wǎng)絡鏈路層之上，又在B網(wǎng)的網(wǎng)絡層之上，將A網(wǎng)的分組作為B網(wǎng)的數(shù)據(jù)載荷進行傳遞隧道技術BA網(wǎng)-1A網(wǎng)-2ALink-BPhy-BNet-BLink-APhy-ANet-ALink-APhy-ANet-ALink-BPhy-BNet-B54隧道技術例LAN通過X.25互聯(lián)LLCMAC802.3PHYX.25L3LAPBLLCMAC802.3PHYX.25L3LAPB隧道X.21X.21X.25網(wǎng)作隧道X.25網(wǎng)55隧道技術如果網(wǎng)絡B沒有網(wǎng)絡層也能實現(xiàn)任意站點間的通信(比如以太網(wǎng))，作為隧道網(wǎng)關，還可以去掉網(wǎng)絡B中的網(wǎng)絡層隧道在本質上等效與一條“鏈路”例如：我們可以用一條點對點信道(合適的協(xié)議即可)，把兩端的以太網(wǎng)連接起來。做法是：在信道兩端分別構建隧道網(wǎng)關，把以太網(wǎng)幀作為數(shù)據(jù)完整封裝在信道幀內傳輸?shù)綄Χ薠A網(wǎng)-1A網(wǎng)-2ALink-XPhy-XLink-APhy-ANet-ALink-APhy-ANet-ALink-XPhy-X56隧道技術例LAN通過PSTN遠程互聯(lián)LLCMAC802.3PHYPPP串口LLCMAC802.3PHYPPP串口隧道不對以太網(wǎng)幀結構作任何改動PPP協(xié)議棧作隧道PSTN電話網(wǎng)★57隧道技術—應用實例IPv4上的IPv6隧道，訪問IPv6站點WindowsXP以上，都有IPv6隧道協(xié)議棧IPv6分組，封裝在IPv4分組的數(shù)據(jù)中，穿越IPv4網(wǎng)，到達IPv6網(wǎng)關虛擬專用網(wǎng)(VPN,VirtualPrivateNetwork)公司不同地區(qū)的部門，只需要用VPN隧道網(wǎng)關，把自己網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)封裝在IP分組內，在Internet上就能實現(xiàn)部門間的聯(lián)網(wǎng)。IPv4網(wǎng)絡IPv6網(wǎng)絡IPV6隧道隧道網(wǎng)關Internet58隧道技術隧道技術的局限性只適應在兩個相同網(wǎng)絡之間通過第三方網(wǎng)絡互聯(lián)而且，在每兩個需要互聯(lián)的網(wǎng)絡之間建立隧道，是不可想象的設網(wǎng)絡數(shù)量為n連通網(wǎng)絡隧道的數(shù)量至少為兩兩連通，實現(xiàn)全網(wǎng)互聯(lián)需要的隧道數(shù)量為n-1n(n-1)/2★59網(wǎng)絡互聯(lián)技術比較協(xié)議轉換隧道協(xié)議覆蓋不同網(wǎng)絡的節(jié)點可以通信異構網(wǎng)絡相異的程度越高相應轉換的程度越高，難度越大條件：穿越異構網(wǎng)絡的同構節(jié)點間通信，異構網(wǎng)絡節(jié)點間不能通信IP協(xié)議將異構的網(wǎng)絡在覆蓋層上統(tǒng)一，實現(xiàn)互通★60網(wǎng)絡互聯(lián)技術-續(xù)1兩種互聯(lián)思想A、網(wǎng)絡最終采用一種類型，一套協(xié)議B、網(wǎng)絡類型復雜，且將永遠復雜－－不斷涌現(xiàn)新的網(wǎng)絡類型這兩種思想一直存在，不斷斗爭，它們并不完全矛盾，甚至經常相互配合OSI與TCP/IP61互聯(lián)思想：OSI與TCP/IPOSI互聯(lián)思想為網(wǎng)絡互聯(lián)處定義標準的接口模型網(wǎng)絡接口符合接口標準的的網(wǎng)絡稱為開放系統(tǒng)網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2標準接口開放系統(tǒng)A開放系統(tǒng)B問題：從網(wǎng)絡X到標準接口之間如何實現(xiàn)？標準接口之間互聯(lián)互通如何實現(xiàn)？62IP協(xié)議物理網(wǎng)絡A物理網(wǎng)絡B物理網(wǎng)絡XTCP/UDPwwwE－mailFTP網(wǎng)絡接口互聯(lián)思想：OSI與TCP/IPTCP/IP的互聯(lián)思想?yún)f(xié)議覆蓋統(tǒng)一的網(wǎng)絡互聯(lián)協(xié)議IP，網(wǎng)絡層以上是同一種協(xié)議TCP/UDP上層應用豐富IP協(xié)議具有分層地址結構，適合組網(wǎng)IP協(xié)議向下定義了靈活的網(wǎng)絡接口層適應網(wǎng)絡的多樣性IP協(xié)議簇中定義了路由選擇等算法的實現(xiàn)協(xié)議結構圖63網(wǎng)絡互聯(lián)技術-續(xù)2網(wǎng)絡層的三個概念子層網(wǎng)際互聯(lián)子層：各種不同的網(wǎng)絡在網(wǎng)際互聯(lián)層上統(tǒng)一起來網(wǎng)絡內聯(lián)子層：各種網(wǎng)絡內部互連、路由、中繼等網(wǎng)絡接口子層：網(wǎng)絡通信驅動網(wǎng)際互聯(lián)子層網(wǎng)絡內聯(lián)子層網(wǎng)絡接口子層網(wǎng)絡層★64網(wǎng)絡層的子層在一種網(wǎng)絡內部通信時，只需網(wǎng)絡內聯(lián)層網(wǎng)絡內聯(lián)層實現(xiàn)穿越該網(wǎng)的通信（網(wǎng)內通信由網(wǎng)絡自己負責）穿越多種網(wǎng)絡，需要統(tǒng)一的網(wǎng)際互聯(lián)層支持網(wǎng)際互聯(lián)層實現(xiàn)穿越不同網(wǎng)絡的通信（網(wǎng)間通信由網(wǎng)際層負責）L3-1L3-2L3-365網(wǎng)絡層的子層例IP協(xié)議是目前應用最廣的網(wǎng)際互聯(lián)子層協(xié)議各種物理網(wǎng)絡可以有網(wǎng)絡層，也可以沒有IP利用現(xiàn)有網(wǎng)絡的通信功能實現(xiàn)組網(wǎng)TCP/IP體系結構把各種網(wǎng)絡從IP層以上全部統(tǒng)一起來，從而實現(xiàn)互連互通IP協(xié)議物理網(wǎng)絡A物理網(wǎng)絡B物理網(wǎng)絡X網(wǎng)絡內部通信和網(wǎng)絡間的通信分工合作在物理網(wǎng)內，通信由物理網(wǎng)完成在物理網(wǎng)間，通信由網(wǎng)際層完成66數(shù)據(jù)傳遞與轉發(fā)在層次模型中：有時轉發(fā)出現(xiàn)在本層，有時轉發(fā)出現(xiàn)在上層何時轉發(fā)？何時遞交上層？依據(jù)是……★67PDU轉發(fā)和遞交上層規(guī)則示意圖ABDCEa3a2a1Dst1=B.a1收到PDU的目的地址與自己的不符時，轉發(fā)其PDU如:Dst3≠D.a3每層在發(fā)送時都會指定本層的目的地址Dst2=D.a2收到PDU的目的地址與自己的相符時，數(shù)據(jù)遞交上層如:Dst1=B.a1Dst3=E.a3Dst2=D.a2Dst1=D.a1Dst3=E.a3Dst2=D.a2Dst1=D.a1Dst3=E.a3Dst3=E.a3Dst2=E.a2Dst1=E.a1★68網(wǎng)絡互聯(lián)技術-續(xù)3數(shù)據(jù)包分段MTU（MaxTransmitUnit）－網(wǎng)絡最大傳輸單元為什么會有MTU的概念硬件TDM下的時隙長度存儲轉發(fā)時緩沖區(qū)的大小操作系統(tǒng)軟件編寫最大程度適應系統(tǒng)能力，8位系統(tǒng)、16位、32位協(xié)議ATM固定信元長度IP：長度字段為2字節(jié)，最長為65536字節(jié)遵從某種標準千兆以太網(wǎng)的最大幀長是遵從10兆以太網(wǎng)的規(guī)定差錯處理上，縮小了錯誤影響的范圍在共享信道上，防止分組占用信道時間過長69數(shù)據(jù)包分段MTU對網(wǎng)絡互聯(lián)的影響必須要將較長的數(shù)據(jù)包分段，才能在MTU較小的網(wǎng)絡中傳輸分段技術在哪里分段，怎樣分段（分段編號）在哪里將分段重裝為一個數(shù)據(jù)包，怎樣重裝（超時丟棄）透明分段不透明分段網(wǎng)A網(wǎng)B？70數(shù)據(jù)包分段透明分段較長數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡時，第一個網(wǎng)關將其分段當這些分段即將流出網(wǎng)絡進入下一個網(wǎng)絡時，由網(wǎng)絡的最后一個網(wǎng)關將它們重裝為原來的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包穿越網(wǎng)絡時是否被分段，對用戶是不可見的－－透明的★71數(shù)據(jù)包分段不透明分段較長數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡時，第一個網(wǎng)關將其分段由最終的目的地負責重裝分段為原始的數(shù)據(jù)包，交給高層用戶端系統(tǒng)可以看到網(wǎng)絡分段的結構，因此網(wǎng)絡分段對用戶是可見的－－不透明的★72數(shù)據(jù)包分段兩種方式的比較透明方式可能提供較好的“透明”服務不透明方式用戶會受大量小分段的困擾透明方式下，網(wǎng)關需要承擔重裝任務不透明方式，網(wǎng)關的任務減輕，但分段后帶來較多的頭部開銷目前：減輕網(wǎng)關重裝代價的思想占上風網(wǎng)關分段，端系統(tǒng)重組★73網(wǎng)絡互聯(lián)技術-續(xù)4互聯(lián)與路由的關系相對獨立又相互依賴各有各的研究內容互聯(lián)的最終目的就是能將分組路由到目的地在路由過程中，如果考慮互聯(lián)因素，可能選擇非常規(guī)的路徑。自治域：是一個路由概念，更是一個互聯(lián)概念(P366)自治域1自治域2ADGCEFB雖然ABC比ADEFGC更優(yōu)但受自治域管理限制，不能選擇從A到C經過B746Internet的網(wǎng)絡層Internet網(wǎng)際互聯(lián)(Internetworking)后形成的網(wǎng)，“網(wǎng)際網(wǎng)”思想用IP協(xié)議覆蓋方式實現(xiàn)多網(wǎng)互連組網(wǎng)結構：節(jié)點+子網(wǎng)通信子網(wǎng)內：經物理網(wǎng)實現(xiàn)直接IP通信子網(wǎng)間：經路由器中繼實現(xiàn)IP通信子網(wǎng)1子網(wǎng)2子網(wǎng)3子網(wǎng)4子網(wǎng)5子網(wǎng)6IP路由/中繼12n子網(wǎng)接口IP實體IP實體IP實體IP實體IP實體IP實體子網(wǎng)內通信子網(wǎng)間通信路由器75Internet的網(wǎng)絡層網(wǎng)絡地址：32bit整數(shù)，全網(wǎng)統(tǒng)一編址IP地址={0,1,…,232-1}網(wǎng)絡編址基于子網(wǎng)結構的編址技術為每個子網(wǎng)分配一個全網(wǎng)惟一的網(wǎng)絡號站點的IP地址=子網(wǎng)號+主機號

32bit中，前面部分bit為子網(wǎng)號，后面為主機號子網(wǎng)1子網(wǎng)2子網(wǎng)3子網(wǎng)4子網(wǎng)5子網(wǎng)6主機號=0,1,2,…網(wǎng)絡號32bitIP地址60160260360460560676IP地址表示點分制表示(逐字節(jié)，十進制)IP=a.b.c.d~a*2563+b*2562+c*256+d8~192*2563+168*2562+5*256+38子網(wǎng)表示與計算引入IP掩碼(Mask)輔助計算Mask為32bit，前面M個bit全為‘1’（網(wǎng)絡號的bit數(shù)）后面bit全為‘0’IP地址與掩碼可簡單表示成“IP/M”8,簡化表示為8/24子網(wǎng)號=IP地址⊙Mask(按位與)主機號=IP地址⊙/Mask利用Mask，可以從任意IP地址計算出子網(wǎng)的地址范圍子網(wǎng)IP地址范圍：子網(wǎng)號+{0,1,2,…,232-M-1}11000000101010000000010100100110IP地址掩碼(Mask)192168538111111111111111111111111000000002552552550子網(wǎng)號=主機號=8子網(wǎng)地址范圍：~55/24{~55}IP地址=8/24(Mask=)77IP地址的計算通過調整Mask中‘1’的長度，來匹配子網(wǎng)的大小小網(wǎng)：Mask中“1”bit長、大網(wǎng)則短例:掩碼長度為27比特IP=8

11000000101010000000010100100110Mask=2411111111111111111111111111100000子網(wǎng)號=2主機號=子網(wǎng)地址范圍，共32個IP地址2~3剩余的IP地址可形成如下的IP子網(wǎng)/274/2628/252/27(24){2~3}/27(24){~1}4/26(92){4~27}025502553163127/272/274/2628/2578IP報文格式地址域源IP地址、目的IP地址路由環(huán)控制域TTL：每次中繼時減1，到0則丟棄該報文由此防止路由環(huán)的無窮次中繼SAP(服務訪問點)域Protocol：區(qū)分和分流上層協(xié)議數(shù)據(jù)分段重組域Identifier，報文的標識，一個報文分成若干段后，每段具有相同的標識，以便重組Flag，表示是否是一個報文的分段Offset，表示該分段中數(shù)據(jù)的偏移量VerHLenTOSTotalLengthIdentifierFlagsFragOffsetTTLProtocolHCSSourceIPAddressDestinationIPAddressDataIPUDPTCPProtocol=17Protocol=6ICMPProtocol=1DataDataIP報文79IP協(xié)議處理流程上層數(shù)據(jù)發(fā)送ICMPIGMPTCPUDP……12617添加IP首部DataDataIP路由選擇接口1接口2接口nICIICI：接口控制信息InterfaceControlInformation--目的IP地址--數(shù)據(jù)長度--傳輸類型…收發(fā)控制收發(fā)控制收發(fā)控制目的節(jié)點下一節(jié)點接口轉發(fā)表80IP協(xié)議處理流程接收報文處理ICMPIGMPTCPUDP……12617路由選擇接口1接口2接口n收發(fā)控制收發(fā)控制收發(fā)控制目的判定去除IP首部Protocol?Protocol域ICIICI：接口控制信息--源I