高级网络技术--Computer Network-Chapter 5

计算机网络ComputerNetworks西南石油大学计算机科学学院龚捷第5-2页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksChapter5Thenetworklayer第5-3页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks网络层的主要作用网络层位于层次模型的第三层，利用下两层提供的服务来实现传输层的通信，将数据包从源网络发送到目的网络。功能简单的讲是：计算路由，定义网络地址。网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，转发数据包。其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层设备通过运行路由协议（routingprotocol）来计算到目的地的最佳路由，找到数据包应该转发的下一个网络设备。网络层同时还要处理拥塞控制和QOS的问题。网络层设备的每一个接口都有一个唯一的网络层地址。又称逻辑地址，这个地址是全球唯一的。第5-4页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksOutline网络层设计的关键问题。拥塞控制。X.25与FR。网络互联。IP协议IP地址。RoutedProtocol---IP协议的路由方法。掩码及CIDR。NAT与ARP。ICMP协议。路由协议。组播。第5-5页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks网络层设计的关键问题网络层的任务是把源计算机发出的信息分组经过适当的路径送到目的地计算机，从源端到目的端可能要经过若干中间节点。网络层在其与传输层的接口上为传输层提供服务。这一接口是相当重要的，因为它往往是公共载体网络与用户的接口，也就是说，它是通信子网的边界。载体网络通常规定了从物理层直到网络层的各种协议和接口，它的工作是传输由其用户提供的分组。基于这种原因，对接口的定义必须十分明确和完善。第5-6页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks网络层服务设计应该遵从三个原则服务与通信子网技术无关。通信子网的数目、类型和拓扑结构对于传输层是隐蔽的。传输层所能获得的网络地址应采用统一的编号方式，即使跨越多个LAN和WAN也应如此。第5-7页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksTypeoftheNetworkServices网络层提供的服务分为两种：虚电路。数据包。第5-8页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks数据包（1）网络随时都可以接受主机发送的分组。网络为每个分组独立地选择路由。网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。数据包网络使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，可靠通信由用户终端中的软件(TCP)来保证。第5-9页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks数据包（2）第5-10页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks数据包服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1向H5发送分组H2向H6发送分组路径可能变化第5-11页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks虚电路传输数据前我们要建立连接(虚电路)，数据传送完毕后释放虚电路。虚电路中的电路不是专用的，每个节点到其它节点之间可能同时有若干条虚电路通过，也可能同时与多个节点之间具有虚电路。每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由可能相同也可能不同。虚电路对QOS有很好的保证。可靠通信由电信网来保证。虚电路号只具有本地意义。第5-12页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks虚电路（2）入端口入虚电路号出端口出虚电路号4329入端口入虚电路号出端口出虚电路号1946入端口入虚电路号出端口出虚电路号46242412314231423虚电路号第5-13页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks两种服务的对比第5-14页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks拥塞控制（1）当通信子网中有太多的分组时，其性能降低。这种情况叫做拥塞(Congestion)。发生拥塞会使路由器丢失分组，网络性能急剧变坏。单纯的增加网络中的某些资源，并不能缓解拥塞，还可能加剧拥塞。拥塞控制和流量控制是不一样的(P326)，防止拥塞发生的方法可以使用流控的技术。在网络层和传输层都能处理拥塞，但是网络层处理拥塞的功能比较简单，而传输层处理拥塞的能力比较强。第5-15页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks拥塞控制（2）第5-16页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksX.25（1）服务器公司网络X.25业务第5-17页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksX.25（2）DTEDCEDCEDTEX.25网络第5-18页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksX.25网络模型X.25使得两台数据终端设备DTE可以通过现有的分组交换网络进行通信。为了进行一次通信，通信的一端必须首先呼叫另一端，请求在它们之间建立一个会话连接；被呼叫的一端可以根据自己的情况接收或拒绝这个连接请求。一旦这个连接建立，两端的设备可以全双工地进行信息传输，并且任何一端在任何时候均有权拆除这个连接。第5-19页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层分组层链路层物理层分组层链路层物理层高层协议X.25分组级协议帧协议物理级协议DTEDCE与远程DTE之间的高层协议X.25协议分层结构第5-20页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksX.25的虚电路将X.25协议为两台通信的DTE之间建立的连接称为虚电路。虚电路分为永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。一旦在一对DTE之间建立一条虚电路，这条虚电路便被赋予一个唯一的虚电路号，当其中的一台DTE要向另一台DTE发送一个分组时，它便给这个分组标上号（虚电路号）交给DCE设备，DCE就是根据分组所携带的这个号来决定如何在交换网内部交换这个数据分组，使其正确到达目的地。注意：虚电路号只具有本地意义。一个接口上最多有4095条虚电路。第5-21页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksFR（1）永久或交换，不是拨号有效处理突发的数据流量典型速率56/64Kbps,256Kbps,and2.048Mbps随着连接地域不同，费用也不同服务器公司网络永久虚电路PermanentVirtualCircuit(PVC)帧中继网络第5-22页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks帧中继的特点帧中继协议以帧的形式传递数据信息。帧中继传送数据使用的传输链路是逻辑连接，而不是物理连接。采用物理层和链路层两级结构。在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。预约的最大帧长度至少要达到1600字节/帧，适合封装局域网的数据单元。提供一套合理的带宽管理和防止拥塞的机制。帧中继采用面向连接的交换技术。第5-23页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks帧中继的帧结构标志地址信息检验序列标志1B2-4B可变2B1B第5-24页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks帧中继的几个重要指标CIR（CommittedInformationRate）：承诺信息速率。是网络与用户约定的用户信息传送速率。如果用户以小于等于CIR的速率传送信息，应保证这部分信息的传送。单位为b/s。Bc（Committedburstsize）：许诺的突发量。Bc是网络允许用户以CIR速率在TC时间间隔传送的数据量。TC=Bc/CIR。一般为0.1至1秒。(这个指标没有规定)Be（Excessburstsize）：附加的突发量。Be是网络允许用户在TC时间间隔内传送的超过Bc的数据量。第5-25页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks传输的比特量时间BcBc+BeDE=0DE=1丢弃T所有帧在CIR内传输的比特量时间BcBc+BeDE=0DE=1丢弃T一个帧在DE=1几个指标的作用第5-26页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks帧中继的丢弃策略在TC范围内：当用户数据传送量=Bc时，继续传送收到的帧。当用户数据传送量Bc但=Bc+Be时，将Be范围内传送的帧的DE比特置”1”，若网络未发生严重拥塞，则继续传送，否则将这些帧丢弃。当用户数据传送量Bc+Be时，将超过范围的帧丢弃。电信规定：CIR=0；Bc+Be=2M。第5-27页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksX.25VSFRX.25协议严谨逐段纠错与流控面向传统的传输线路低速率、低效率高可靠FR简化的X.25检错，不纠错面向高质量的线路高速率、高效率第5-28页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks网络互联第5-29页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks网络的不同之处第5-30页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks使用级联虚电路实现网络互联第5-31页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks无连接的网络互联第5-32页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworks隧道第5-33页Copyright©2002-2006GONGJIEAllrightsreservedComputerNetworksIP网络的总体结构集成各种网络的通信技术。屏蔽各种