網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議及分析.ppt

1、第5章網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和分析。2，概述，網(wǎng)絡(luò)層概述路由和流量控制互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析，3，重點(diǎn)和難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議虛擬電路和數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議及其開發(fā)難點(diǎn)理解流量控制原理協(xié)議分析，4，概述，主要功能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的連接，即控制通信子網(wǎng)的正常運(yùn)行，通過(guò)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交換。關(guān)鍵技術(shù)：路由和流量控制，5.5.1網(wǎng)絡(luò)層概述，它將幾個(gè)邏輯信道多路復(fù)用到單個(gè)數(shù)據(jù)鏈路中。提供路由。提供交換虛電路和永久虛電路之間的連接。提供有效的數(shù)據(jù)包傳輸，包括序列編號(hào)和數(shù)據(jù)包確認(rèn)。通過(guò)DTE和DCE之間接口的數(shù)據(jù)包的錯(cuò)誤和流量控制。檢測(cè)和恢復(fù)包層錯(cuò)誤。為某些網(wǎng)絡(luò)提供額外的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。6，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述，網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)面向連接服

2、務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程分為三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸維護(hù)和連接刪除。在傳輸無(wú)連接服務(wù)的數(shù)據(jù)之前，不需要建立連接。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包帶有對(duì)方的目的地址。到達(dá)接收端的數(shù)據(jù)包可能出現(xiàn)故障。傳輸效率高，但可靠性差。適用于數(shù)據(jù)率小的場(chǎng)合。7，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述、虛擬電路和數(shù)據(jù)報(bào)虛擬電路的基本思想連接到分組交換網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備都配置有一組邏輯信道(事實(shí)上，每個(gè)邏輯信道對(duì)應(yīng)一個(gè)緩沖區(qū))。在每次通信開始之前，發(fā)送方DTE發(fā)送一個(gè)呼叫請(qǐng)求包，該包攜帶主叫方和被叫方的全名網(wǎng)絡(luò)地址，以在雙方的邏輯信道之間建立連接。這種端到端邏輯通道的組合是一個(gè)虛擬電路。一旦建立了連接，只要雙方使用確定的邏輯信道號(hào)碼，就可以沿著呼叫期間

3、建立的虛擬電路傳輸雙向數(shù)據(jù)分組。8，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述，對(duì)虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)虛電路進(jìn)行了分類和交換。虛擬電路的臨時(shí)建立包括三個(gè)階段：虛擬電路的建立、數(shù)據(jù)傳輸和刪除。永久虛電路是固定分布在兩個(gè)特定用戶之間的虛電路。它不需要建造或拆除，但只有一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段。9。2020年8月3日，路由器R1的轉(zhuǎn)發(fā)表為：路由器維護(hù)連接狀態(tài)信息！12，22，32，1，2，3，虛電路號(hào)，接口號(hào)，R1，R4，R2，R3，虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)虛電路示例，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述，10，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述，虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)基本特征無(wú)需建立數(shù)據(jù)包以不同的順序到達(dá)接收端，因此接收端需要重新排序。網(wǎng)絡(luò)利用率高，傳輸時(shí)延小，但網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜。11，5.1網(wǎng)

4、絡(luò)層概述，虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)示例，H1，H5，H6，H4，H2，H3，H1向H5發(fā)送數(shù)據(jù)包，H2向H6發(fā)送數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)交換機(jī)、主機(jī)、12、5.1網(wǎng)絡(luò)層概述、虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)的比較、13、5.2路由和流量控制、概述路由和流量控制是網(wǎng)絡(luò)層的兩大任務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)的拓?fù)渫ǔＪ欠植际降?，在兩個(gè)分布式終端設(shè)備之間提供多條不同的路由。優(yōu)化的路由可以使網(wǎng)絡(luò)獲得更好的運(yùn)行性能和應(yīng)用效率。流量控制的功能是保證網(wǎng)絡(luò)中的信息流能夠自由、暢通地傳輸。14 . 5 . 2 . 1路由，這一概念意味著網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠自動(dòng)選擇最佳路徑將消息傳輸?shù)侥康牡??！白罴崖窂健蓖ǔＨQ于特定的網(wǎng)絡(luò)。可靠性、經(jīng)濟(jì)性、效率和流程與

5、郵政系統(tǒng)中的郵件分揀相似。寫下發(fā)送包的消息號(hào)、包號(hào)和目的地址；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)建立路由表，列出目的地址和輸出鏈路之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。節(jié)點(diǎn)機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)包中包含的目的地址查詢路由表，從而決定數(shù)據(jù)包應(yīng)該通過(guò)哪條鏈路發(fā)送，即路由選擇。，15，5.2.1路由，路由要求算法正確、完整且盡可能簡(jiǎn)單。它具有可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和鏈路的拓?fù)渥兓约熬W(wǎng)絡(luò)通信流量的變化。它能正確、快速、合理地傳遞信息。路由方法隨機(jī)路由、擴(kuò)散路由和固定路由等非自適應(yīng)路由算法雖然簡(jiǎn)單，但不能隨著網(wǎng)絡(luò)流量或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化而變化。自適應(yīng)路由算法也稱為動(dòng)態(tài)路由方法。孤立自適應(yīng)路由方法、分布式自適應(yīng)路由方法和集中式自適應(yīng)路由方法。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但適應(yīng)性

6、好。16，5.2.1路由，簡(jiǎn)單路由算法擴(kuò)散完全擴(kuò)散：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收到消息時(shí)，它會(huì)復(fù)制該消息并將其發(fā)送到除傳入鏈路之外的所有鏈路。選擇性擴(kuò)散：節(jié)點(diǎn)將接收到的消息發(fā)送到目的端附近的輸出線路，根據(jù)隨機(jī)數(shù)的值隨機(jī)選擇輸出鏈路發(fā)送消息包，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)路由表。路由表根據(jù)最短路徑算法指定到每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)輸出鏈路。17，5.2.1路由，自適應(yīng)路由算法集中式自適應(yīng)路由方法網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定期向路由控制中心報(bào)告其節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。報(bào)告內(nèi)容：節(jié)點(diǎn)機(jī)器的名稱、隊(duì)列長(zhǎng)度和每個(gè)鏈路傳輸?shù)牧髁看笮。鶕?jù)一定的規(guī)則，如最小總平均網(wǎng)絡(luò)延遲等。結(jié)合收集的報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)性能，選擇從計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。缺點(diǎn)：RCC失敗

7、，發(fā)送路由信息的延遲，以及傳輸路由信息的額外開銷。18，5.2.1路由，自適應(yīng)路由算法隔離自適應(yīng)路由方法每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己節(jié)點(diǎn)收集的關(guān)于運(yùn)行狀態(tài)的信息隔離決定路由，不與其他節(jié)點(diǎn)交換路由信息?；舅枷胧亲尩竭_(dá)這個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包盡快離開這個(gè)節(jié)點(diǎn)。也被稱為“燙手山芋”法。缺點(diǎn)可能會(huì)延長(zhǎng)總傳輸時(shí)間。19 . 5 . 2 . 1路由、自適應(yīng)路由算法分布式自適應(yīng)路由方法每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期與其相鄰節(jié)點(diǎn)交換路由信息，并定期將自己節(jié)點(diǎn)的決策信息發(fā)送給周圍的節(jié)點(diǎn)。缺點(diǎn)每次交換的信息只發(fā)生在相鄰的節(jié)點(diǎn)之間，因此某個(gè)節(jié)點(diǎn)的突然變化不可能很快傳遞到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此可能會(huì)發(fā)生某些節(jié)點(diǎn)的路由不是最優(yōu)的情況。根據(jù)距離矢量計(jì)算，根據(jù)鏈路狀

8、態(tài)計(jì)算，20，5.2.2流量控制，擁塞產(chǎn)生和流量控制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的資源不能滿足用戶對(duì)資源的需求時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)擁塞的概念。擁塞導(dǎo)致傳輸延遲增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低。死鎖是擁塞的一種極端現(xiàn)象。21、5.2.2流量控制，擁塞產(chǎn)生和流量控制的目的。流量控制的概念是指使用某種技術(shù)來(lái)有效地動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源以平滑網(wǎng)絡(luò)中的流量的方法。包括交通控制、擁塞控制、路線控制和延遲控制。流量控制的目的是提高消息傳輸速度，增加網(wǎng)絡(luò)容量，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。22，5.2.2流量控制的目的、擁塞產(chǎn)生和流量控制流量控制的功能避免了網(wǎng)絡(luò)過(guò)載導(dǎo)致的吞吐量下降和傳輸延遲增加。23 . 5 . 2 . 2流量控制，擁塞的產(chǎn)生和流量控制的目的，流量

9、控制的級(jí)別和方法，保持兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間或主機(jī)與節(jié)點(diǎn)之間的流量均勻，出口層的入口與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的流量控制有關(guān)。為了防止輸出節(jié)點(diǎn)的緩沖區(qū)擁塞，在網(wǎng)絡(luò)入口層考慮源主機(jī)和目的主機(jī)之間的流量控制，以控制在源主機(jī)進(jìn)程和目的主機(jī)進(jìn)程之間的虛電路連接中從外部進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的流量的流量控制，從而防止用戶緩沖區(qū)在進(jìn)程層的擁塞。24，5.2.2流量控制的目的、擁塞產(chǎn)生和流量控制的方式和方法流量控制確認(rèn)方法發(fā)送數(shù)據(jù)包后，發(fā)送方在發(fā)送之前等待接收方的確認(rèn)，接收方也可以延遲確認(rèn)，以解決控制發(fā)送方速度的問(wèn)題。丟棄方法：當(dāng)消息到達(dá)時(shí)，幾個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)器的緩沖區(qū)已滿，到達(dá)的消息將被丟棄。保留緩沖區(qū)方法在數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)保留目的

10、節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)。許可證法規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中一定數(shù)量的“許可證”，并允許每個(gè)許可證攜帶一個(gè)數(shù)據(jù)包。其思想是控制通信子網(wǎng)中的總流量。25，5.4互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析，總結(jié)了僅通過(guò)使用無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)機(jī)制提供“盡力而為”數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎P層的主要特征。提供無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制來(lái)完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)傳輸是不可靠的。26、5.4互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析，IP協(xié)議的主要功能IP尋址可以唯一地識(shí)別互聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)可尋址通信實(shí)體。實(shí)體識(shí)別方法：分級(jí)地址：國(guó)家號(hào)、網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)和端口號(hào)；平面地址：直接給互聯(lián)網(wǎng)上的每個(gè)實(shí)體分配一個(gè)唯一的號(hào)碼。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)傳輸分段、重組、物理網(wǎng)絡(luò)地址和IP地址之間的轉(zhuǎn)換、各種格式的幀之間的轉(zhuǎn)換以及IP數(shù)據(jù)報(bào)路

11、由在同一網(wǎng)段上時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)可以沿著實(shí)際的物理路徑通過(guò)不同的網(wǎng)段傳輸，IP數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)該能夠通過(guò)路由器或網(wǎng)關(guān)處理傳輸錯(cuò)誤，ICMP協(xié)議，27，5.4互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析，IP數(shù)據(jù)報(bào)格式的IP協(xié)議分析，28，31，IP數(shù)據(jù)報(bào)格式，29，4，8，16咨詢，識(shí)別，服務(wù)類型， 總長(zhǎng)度、片偏移、填充、第一次檢查和求和、源地址、目的地址、可選字段(長(zhǎng)度可以更改)、位、第一長(zhǎng)度、0、1、2、3、4、5、6、7、D. IP數(shù)據(jù)報(bào)、固定部分、30、第一部分、0、4、8、16、19、24、31、版本、徽標(biāo)、生命周期、咨詢、識(shí)別、服務(wù)類型、總長(zhǎng)度報(bào)頭長(zhǎng)度、0、1、2、3、4、5、6、7、D、T 第一長(zhǎng)度、0、1、2、3、4

12、、5、6、7、D、T、R、C、未使用、高級(jí)第一級(jí)別4、8、16、19、24、31、版本、標(biāo)志、出生時(shí)間、協(xié)商、標(biāo)識(shí)、服務(wù)類型、總長(zhǎng)度、切片偏移量、填充、首次檢查和求和、源地址、目的地址、可選字段(可變長(zhǎng)度)、位、第一長(zhǎng)度、優(yōu)秀第一階段、數(shù)據(jù)部分、位、固定部分、可變部分、33，由應(yīng)用程序設(shè)置，分為5個(gè)子域，優(yōu)先級(jí)表示重要性不要更改，服務(wù)類型，34，針對(duì)不同應(yīng)用推薦的TOS值，35，第一部分，0，4，8，16，19，24，31，版本，符號(hào)，在生命和存在之間，協(xié)商，標(biāo)記可選字段(可變長(zhǎng)度)，位，標(biāo)題長(zhǎng)度，0，1，2，3，4，5，6，7，D，T，R，C，未使用的，高級(jí)階段，數(shù)據(jù)部分，位，固定部分，可變

13、部分，36，咨詢、識(shí)別、服務(wù)類型、總長(zhǎng)度、切片偏移量、填充、首次檢查和求和、源地址、目的地址、可選字段(長(zhǎng)度可以更改)、位、首次長(zhǎng)度、0、1、2、3、4、5、6、7、D、第一部分、0、4、8、16、19、24、31、版本、符號(hào)、出生時(shí)間、咨詢、識(shí)別、服務(wù)類型、總長(zhǎng)度、膠片偏差、填充、首次檢查和4、5、6、7、D、T、R 只有低2位有效位0:最后一個(gè)片段標(biāo)志MF(更多片段)，MF=1:后面有一個(gè)片段MF=0位1:不要片段化，DF=1:消息不能被分段DF=0:消息可以被分段。 如果IP消息長(zhǎng)度大于網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸單位，則向源發(fā)送一條錯(cuò)誤消息。位2 :未使用，39，第一部分，0，4，8，16，19，24，31，版本，標(biāo)志，出生時(shí)間，協(xié)商，識(shí)別，服務(wù)類型，總長(zhǎng)度，電影片頭長(zhǎng)度，0，1，2，3，4，5，6，7，D，T，R，C，未使用，上級(jí)，數(shù)據(jù)部分，位，固定部分，可變部分，40，IP分段和重組，網(wǎng)絡(luò)鏈路具有MTU(最大