計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第5章課件

第五章.網(wǎng)絡(luò)層5.1 網(wǎng)絡(luò)層概述5.2 路由算法5.2.1 最優(yōu)化原則5.2.2 最短路徑路由算法5.2.3 洪泛算法5.2.5 距離向量路由算法5.2.6 鏈路狀態(tài)路由算法5.2.7 分層路由第五章.網(wǎng)絡(luò)層5.3 擁塞控制算法5.3.1 擁塞控制的基本原理5.3.2 擁塞控制算法5.5 INTERNET網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

5.5.1IP協(xié)議

5.5.2Internet控制協(xié)議

回顧C(jī)SMA以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。。。5.1 網(wǎng)絡(luò)層概述ISO定義網(wǎng)絡(luò)層為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的兩個(gè)傳送實(shí)體間交換網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)單元提供功能和規(guī)程的方法，它使傳送實(shí)體獨(dú)立于路由選擇和交換的方式。網(wǎng)絡(luò)層是處理端到端傳輸?shù)淖畹蛯印＞W(wǎng)絡(luò)層要解決的關(guān)鍵問題是了解通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇路由。LAN與WAN中網(wǎng)絡(luò)層功能上的差別●LAN中的網(wǎng)絡(luò)功能有限○在LAN中，使用廣播信道，相鄰節(jié)點(diǎn)與源-目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信沒有區(qū)別。○在LAN中，將流量控制功能,差錯(cuò)控制功能和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能一般放入DL層，所以網(wǎng)絡(luò)層功能沒有必要或很弱。●WAN中的網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大○WAN使用點(diǎn)-點(diǎn)信道,單獨(dú)設(shè)立一層解決END-END數(shù)據(jù)傳輸問題，所以網(wǎng)絡(luò)層功能強(qiáng)大。網(wǎng)絡(luò)層的地位位于數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層之間，使用數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務(wù)，為傳輸層提供服務(wù)；通信子網(wǎng)的最高層；處理端到端傳輸?shù)淖畹蛯印＞W(wǎng)絡(luò)層的作用屏蔽各種不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的差異，實(shí)現(xiàn)互連了解通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇路由，實(shí)現(xiàn)報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)傳輸5.1 網(wǎng)絡(luò)層概述網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)的有關(guān)問題為傳輸層提供服務(wù)面向連接服務(wù)傳統(tǒng)電信的觀點(diǎn)：通信子網(wǎng)應(yīng)該提供可靠的、面向連接的服務(wù)。無連接服務(wù)

Internet的觀點(diǎn)：通信子網(wǎng)無論怎么設(shè)計(jì)都是不可靠的，因此網(wǎng)絡(luò)層只需提供無連接服務(wù)。無連接服務(wù):主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)之前無需建立連接,主機(jī)有數(shù)據(jù)就交給網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體直接發(fā)送出去，每一個(gè)分組獨(dú)立選擇路由,由上層進(jìn)行排序和流控。applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Senddata2.ReceivedataConnectionlessService無連接服務(wù)理由：●不管如何設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)都是不可靠的，與其在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層做兩遍可靠性的工作，不如在網(wǎng)絡(luò)層放棄可靠性的工作，只在傳輸層做差錯(cuò)控制和流量控制等可靠性工作。●用戶的計(jì)算機(jī)已有足夠的能力處理復(fù)雜的可靠性的工作，在用戶計(jì)算機(jī)中安裝復(fù)雜的傳輸層的軟件是可以接受的?！駥⒖煽啃缘墓ぷ鞣旁诰W(wǎng)絡(luò)層可能會導(dǎo)致子網(wǎng)所提供的服務(wù)昂貴。ConnectionlessServiceConnection-OrientedService面向連接服務(wù)通信過程：1、在主機(jī)通信之前,雙方應(yīng)建立起連接2、在建立起的連接上進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞3、傳輸完畢,拆除連接applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Initiatecall2.incomingcall3.Acceptcall4.Callconnected5.Dataflowbegins6.ReceivedataConnection-OrientedService面向連接服務(wù)理由:1、在網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接的通信是具備電信背景的集團(tuán)提出的，子網(wǎng)應(yīng)該提供可靠的,面向連接的服務(wù)。2、用戶對在計(jì)算機(jī)中裝配復(fù)雜的傳輸層軟件可能不感興趣。3、網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)是面向連接的可靠的服務(wù)，減少了用戶主機(jī)的復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)層的兩種實(shí)現(xiàn)方式：數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路都屬于分組交換，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)：每個(gè)分組被單獨(dú)路由，分組帶有全網(wǎng)唯一的地址虛電路(virtualcircuit)：先在源端和目的端之間建立一條虛電路，所有分組沿虛電路按次序存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后拆除虛電路。在虛電路中，每個(gè)分組無須進(jìn)行路徑選擇。數(shù)據(jù)報(bào)：ImplementationofConnectionlessServiceFigure5-2.Routingwithinadatagramsubnet.虛電路：ImplementationofConnection-OrientedServiceFigure5-3.Routingwithinavirtual-circuitsubnet.labelswitching5.1 網(wǎng)絡(luò)層概述網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)虛電路子網(wǎng)與數(shù)據(jù)報(bào)子網(wǎng)的比較路由器內(nèi)存空間與帶寬的權(quán)衡虛電路方式，路由器需要維護(hù)虛電路的狀態(tài)信息；數(shù)據(jù)報(bào)方式，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都攜帶完整的目的/源地址，浪費(fèi)帶寬連接建立時(shí)間與地址查找時(shí)間的權(quán)衡虛電路需要在建立連接時(shí)花費(fèi)時(shí)間數(shù)據(jù)報(bào)則在每次路由時(shí)過程復(fù)雜服務(wù)質(zhì)量與可靠性的權(quán)衡虛電路方式很容易保證服務(wù)質(zhì)量QoS(QualityofService)，適用于實(shí)時(shí)操作，但比較脆弱。數(shù)據(jù)報(bào)不太容易保證服務(wù)質(zhì)量，但是對于通信線路的故障，適應(yīng)性很強(qiáng)。

面向連接和無連接服務(wù)之爭本質(zhì):將可靠性的功能放置于何層的問題●面向連接的服務(wù):放置在網(wǎng)絡(luò)層●無連接的服務(wù):放置在傳輸層5.2路由算法Mainissue:Routersthatconstitutethenetworklayerofanetwork,shouldcooperatetofindthebestroutes

betweenallpairsofstations.●路由:按照某種指標(biāo)(傳輸延遲,所經(jīng)過的站點(diǎn)數(shù)目等)找到一條從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的較好路徑●較好路徑:按照某種指標(biāo)較小的路徑●路由的時(shí)機(jī)：○虛電路:在建立虛電路時(shí)使用○數(shù)據(jù)報(bào):每個(gè)分組獨(dú)立路由5.2路由算法●路由算法：指管理路由表并作出路由選擇的算法。①非自適應(yīng)算法：不會根據(jù)當(dāng)前測量或者估計(jì)的流量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來調(diào)整它們的路由決策，所有的路由選擇是預(yù)先在離線情況下計(jì)算好的，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的時(shí)候被下載到路由器中，所以又稱這種算法是靜態(tài)路由。②自適應(yīng)算法：隨拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量的變化和而改變它們的路由決策，又稱這種算法是動(dòng)態(tài)路由。5.2路由算法路由選擇算法的原則:●正確性(correctness):算法必須是正確的和完整的,使分組一站一站接力，正確發(fā)向目標(biāo)站；完整：目標(biāo)所有的站地址，在路由表中都能找到相應(yīng)的表項(xiàng)；沒有處理不了的目標(biāo)站地址；●簡單性(simplicity):算法在計(jì)算機(jī)上應(yīng)簡單；最優(yōu)但復(fù)雜的算法，時(shí)間上延遲很大，不實(shí)用，不應(yīng)為了獲取路由信息增加很多的通信量；5.2路由算法●穩(wěn)定性(stability)：產(chǎn)生的路由不應(yīng)該搖擺●公平性(fairness)：對每一個(gè)站點(diǎn)都公平●最優(yōu)性(optimality)：某一個(gè)指標(biāo)的最優(yōu)，時(shí)間上，費(fèi)用上等指標(biāo)，或綜合指標(biāo)；實(shí)際上，獲取最優(yōu)的結(jié)果代價(jià)較高，可以選擇次優(yōu)的●健壯性(robustness):算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?。通信量變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓惴芎芸爝m應(yīng)；不向很擁擠的鏈路發(fā)數(shù)據(jù)，不向斷了的鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)；路由選擇算法的原則:5.2.1最優(yōu)化原則最優(yōu)化原則：已知I到K的最優(yōu)路徑,如果節(jié)點(diǎn)J在這條路徑上,則這條路徑上從J到K的路徑也一定是最優(yōu)路徑證明:如果從J到K還存在一條其它路徑,則也存在一條從I到K的最優(yōu)路徑,與前提矛盾IJK5.2.1最優(yōu)化原則匯集樹(sinktree)●一個(gè)節(jié)點(diǎn)的匯集樹指的是:所有其它節(jié)點(diǎn)到此節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑形成的樹●路由選擇算法就是為所有路由器找到并使用匯集樹Figure5-6.(a)Asubnet.(b)AsinktreeforrouterB.5.2.2最短路徑路由算法●屬于靜態(tài)路由選擇算法●路由算法的圖形抽象○節(jié)點(diǎn)表示路由器○邊用于表示路由器之間的鏈路○鏈路的代價(jià)(linkcost):表示鏈路上的距離、信道帶寬、通信開銷、延遲,隊(duì)列平均長度等參數(shù)。5.2.2最短路徑路由算法●最優(yōu)的指標(biāo):○路由指按照某種指標(biāo)尋找出從源站點(diǎn)到目標(biāo)站點(diǎn)的較好路徑。○指標(biāo):站數(shù),延遲,開銷,隊(duì)列長度等,或者是一些單純指標(biāo)的加權(quán)平均。○采用什么樣的指標(biāo),表示網(wǎng)絡(luò)使用者希望網(wǎng)絡(luò)在什么方面表現(xiàn)突出,什么指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)使用者比較重視。5.2.2最短路徑路由算法配置最短路由選擇算法的路由器的工作過程●各點(diǎn)通過各種渠道獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路代價(jià)等信息?！袷褂米疃搪酚伤惴?計(jì)算本站點(diǎn)到其它站點(diǎn)的最優(yōu)路徑(匯集樹),得到路由表?！癜凑沾寺酚杀磙D(zhuǎn)發(fā)分組(datagram方式)或建立VC。獲得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌反鷥r(jià)信息使用此路由表使用最短路由算法得到路由表5.2.2最短路徑路由算法最短路由選擇算法的工作原理:●節(jié)點(diǎn)標(biāo)記:每一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用從源節(jié)點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過已知的最優(yōu)路徑到達(dá)本節(jié)點(diǎn)的距離,和前序節(jié)點(diǎn)來標(biāo)注:(2,A) ●臨時(shí)節(jié)點(diǎn)(tentativenode):還沒有找到從源節(jié)點(diǎn)到此節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑的節(jié)點(diǎn)●永久節(jié)點(diǎn)(permanentnode):已經(jīng)找到了從源節(jié)點(diǎn)到此節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑的節(jié)點(diǎn)5.2.2最短路徑路由算法最短路由選擇算法的工作原理●初始化○除了源節(jié)點(diǎn)外,所有節(jié)點(diǎn)都為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)○節(jié)點(diǎn)代價(jià)除了與源節(jié)點(diǎn)代價(jià)相鄰的節(jié)點(diǎn)外,都為INF(infinite)●從所有臨時(shí)節(jié)點(diǎn)中找到一個(gè)節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的臨時(shí)節(jié)點(diǎn),將之變成永久節(jié)點(diǎn)(當(dāng)前節(jié)點(diǎn),currentnode)W●對于永久節(jié)點(diǎn)的所有相鄰節(jié)點(diǎn)V,如果D(v)>D(w)+c(w,v),則重新標(biāo)注此節(jié)點(diǎn),(D(W)+C(W,V),W)●開始一個(gè)新的循環(huán)

5.2.2最短路徑路由算法Figure5-5.ThefirstfivestepsusedincomputingtheshortestpathfromAtoD.Thearrowsindicatetheworkingnode.TestTheshortestpathfromAtoG5.2.3洪泛算法工作原理:路由器從一條線路中收到分組,將此分組向所有其它線路發(fā)送出去屬于靜態(tài)路由選擇算法問題在網(wǎng)絡(luò)中將產(chǎn)生大量的重復(fù)分組解決辦法:方法1:計(jì)數(shù)器法,在分組中設(shè)置計(jì)數(shù)器字段,每經(jīng)過一個(gè)路由器,該計(jì)數(shù)器減1,如果計(jì)數(shù)器值為0,則拋棄該分組5.2.3洪泛算法選擇性洪泛算法（selectiveflooding）洪泛法的一種改進(jìn)。將進(jìn)來的每個(gè)包僅發(fā)送到與正確方向接近的線路上。應(yīng)用情況對路由器和線路的資源過于浪費(fèi)，實(shí)際很少直接采用；具有極好的健壯性，可用于軍事應(yīng)用；作為衡量標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)其它路由算法。5.2.4距離矢量路由算法●Basicidea:●動(dòng)態(tài)路由選擇算法○各路由器維護(hù)一張路由表,給出了到每個(gè)目的地的已知的最佳距離和路線（表項(xiàng)的兩部分）○各路由器與相鄰路由器交換路由表○根據(jù)獲得的路由信息,更新路由表ToNextdelayAZ14…………5.2.4距離矢量路由算法Figure5-9.(a)Asubnet.(b)InputfromA,I,H,K,andthenewroutingtableforJ.5.2.4距離矢量路由算法舉例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟怨?jié)點(diǎn)J為例,相鄰節(jié)點(diǎn)A,I,H,KJ測得到A,I,H,K的延遲為8ms,10ms,12ms,6ms從A,I,H,K獲得到它們到G的延遲為18ms,31ms,6ms,31ms因此從J經(jīng)過A,I,H,K到G的延遲為26ms,41ms,18ms,37ms將到G的路由表項(xiàng)更新為18ms,下一個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過H5.2.4距離矢量路由算法無限計(jì)算問題俗話說：“好事不出門，壞事傳千里”。而這里是好消息傳播非常快，對壞消息卻是反應(yīng)遲鈍。Figure5-10.Thecount-to-infinityproblem.5.2.4距離矢量路由算法假設(shè)A停機(jī)：1，首先是B，C告訴它有到A的長度為2的路徑，故為3。2，C注意到它的鄰居B有到A的長度為3的路徑，更新，故為4。3，B和D都收到C的消息：“到A的長度為2的路徑”，故都更新，故為54，通過逐步交換下去，得到余下的記錄歷史。5.2.5鏈路狀態(tài)路由算法鏈路狀態(tài)路由算法（LinkStateRouting）距離向量路由算法的主要問題選擇路由時(shí)，沒有考慮線路帶寬；路由收斂速度慢。鏈路狀態(tài)路由算法發(fā)現(xiàn)鄰居結(jié)點(diǎn)，并學(xué)習(xí)它們的網(wǎng)絡(luò)地址；路由器啟動(dòng)后，通過發(fā)送HELLO包發(fā)現(xiàn)鄰居結(jié)點(diǎn)；兩個(gè)或多個(gè)路由器連在一個(gè)LAN時(shí),引入人工結(jié)點(diǎn)；5.2.5鏈路狀態(tài)路由算法測量到每個(gè)鄰居結(jié)點(diǎn)的延遲或開銷；一種直接的方法是：發(fā)送一個(gè)要對方立即響應(yīng)的ECHO包，來回時(shí)間除以2即為延遲。將所有學(xué)習(xí)到的內(nèi)容封裝成一個(gè)包；包以發(fā)送方的標(biāo)識符開頭，后面是序號、年齡和一個(gè)鄰居結(jié)點(diǎn)列表；列表中對應(yīng)每個(gè)鄰居結(jié)點(diǎn)，都有發(fā)送方到它們的延遲或開銷；鏈路狀態(tài)包定期創(chuàng)建或發(fā)生重大事件時(shí)創(chuàng)建。組裝一個(gè)分組,描述相鄰節(jié)點(diǎn)的情況發(fā)送者名稱;序號;年齡列表:給出它相鄰節(jié)點(diǎn),和它到相鄰節(jié)點(diǎn)的延遲鏈路狀態(tài)定期創(chuàng)建或發(fā)生重大事件時(shí)創(chuàng)建5.2.5鏈路狀態(tài)路由算法將這個(gè)包發(fā)送給所有其它路由器；基本思想：洪泛鏈路狀態(tài)包，為控制洪泛，每個(gè)包包含一個(gè)序號，每次發(fā)送新包時(shí)加1。路由器記錄信息對(源路由器，序號)，當(dāng)一個(gè)鏈路狀態(tài)包到達(dá)時(shí)，若是新的，則分發(fā)；若是重復(fù)的，則丟棄；若序號比路由器記錄中的最大序號小，則認(rèn)為過時(shí)而丟棄；改進(jìn)序號循環(huán)使用會混淆，解決辦法：使用32位序號；路由器崩潰后，序號重置；序號出錯(cuò)；5.2.5鏈路狀態(tài)路由算法第二、三問題的解決辦法：增加年齡（age）域，每秒鐘年齡減1，為零則丟棄。鏈路狀態(tài)包到達(dá)后，延遲一段時(shí)間，并與其它已到達(dá)的來自同一路由器的鏈路狀態(tài)包比較序號，丟棄重復(fù)包，保留新包；鏈路狀態(tài)包需要應(yīng)答；計(jì)算到每個(gè)其它路由器的最短路徑。根據(jù)Dijkstra算法計(jì)算最短路徑；實(shí)用協(xié)議OSPFIS-IS5.2.6HierarchicalRouting▲分級的必要性當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)目比較多時(shí),路由表的項(xiàng)目就多路由表的掃描,發(fā)布和計(jì)算路由代價(jià)比較高▲類似于電話網(wǎng)絡(luò)5.2.6分層路由●二級網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成區(qū)域(region)區(qū)域內(nèi)部路由器知道到本區(qū)所有其它路由器的路由,不知道其它區(qū)域內(nèi)部的結(jié)構(gòu)但知道到其它區(qū)域的路由大大減少了路由表中的項(xiàng)目數(shù)5.2.6分層路由多級網(wǎng)絡(luò)區(qū)域（regions）、簇（clusters）、區(qū)（zones）和組（groups）…一個(gè)例子:不分級,1A的路由表要有17表項(xiàng)分兩級,到其它區(qū)域的路由信息被壓縮成了1項(xiàng),路由表有7表項(xiàng)分級的代價(jià)增加了有些路徑的長度習(xí)題3.Datagramsubnetsrouteeachpacketasaseparateunit,independentofallothers.Virtual-circuitsubnetsdonothavetodothis,sinceeachdatapacketfollowsapredeterminedroute.Doesthisobservationmeanthatvirtual-circuitsubnetsdonotneedthecapabilitytorouteisolatedpacketsfromanarbitrarysourcetoanarbitrarydestination?Explainyouranswer.習(xí)題9.ConsiderthesubnetofFig.5-13(a).Distancevectorroutingisused,andthefollowingvectorshavejustcomeintorouterC:fromB:(5,0,8,12,6,2);fromD:(16,12,6,0,9,10);andfromE:(7,6,3,9,0,4).ThemeasureddelaystoB,D,andE,are6,3,and5,respectively.WhatisC'snewroutingtable?Giveboththeoutgoinglinetouseandtheexpecteddelay.5.3 擁塞控制算法擁塞（congestion）網(wǎng)絡(luò)上有太多的包時(shí)，性能會下降，這種情況稱為擁塞。擁塞產(chǎn)生的原因多個(gè)輸入對應(yīng)一個(gè)輸出；慢速處理器；低帶寬線路。解決辦法針對某個(gè)因素的解決方案，只能對提高網(wǎng)絡(luò)性能起到一點(diǎn)點(diǎn)好處，甚至可能僅僅是轉(zhuǎn)移了影響性能的瓶頸；需要全面考慮各個(gè)因素。5.3 擁塞控制算法擁塞控制與流量控制的差別擁塞控制（congestioncontrol）需要確保通信子網(wǎng)能夠承載用戶提交的通信量，是一個(gè)全局性問題，涉及主機(jī)、路由器等很多因素；流量控制（flowcontrol）與點(diǎn)到點(diǎn)的通信量有關(guān)，主要解決快速發(fā)送方與慢速接收方的問題，是局部問題，一般都是基于反饋進(jìn)行控制的。5.3 擁塞控制算法5.3.1 擁塞控制的基本原理根據(jù)控制論，擁塞控制方法分為兩類開環(huán)控制通過好的設(shè)計(jì)來解決問題，避免擁塞發(fā)生；擁塞控制時(shí)，不考慮網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)。閉環(huán)控制基于反饋機(jī)制；工作過程監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)何時(shí)何地發(fā)生擁塞； 把發(fā)生擁塞的消息傳給能采取動(dòng)作的站點(diǎn)調(diào)整系統(tǒng)操作，解決問題。5.3 擁塞控制算法衡量網(wǎng)絡(luò)是否擁塞的參數(shù)缺乏緩沖區(qū)造成的丟包率；平均隊(duì)列長度；超時(shí)重傳的包的數(shù)目；平均包延遲；包延遲變化（Jitter）。反饋方法向負(fù)載發(fā)生源發(fā)送一個(gè)告警包；包結(jié)構(gòu)中保留一個(gè)位或域用來表示發(fā)生擁塞，一旦發(fā)生擁塞，路由器將所有的輸出包置位，向鄰居告警；主機(jī)或路由器主動(dòng)地、周期性地發(fā)送探報(bào)（probe），查詢是否發(fā)生擁塞。5.3 擁塞控制算法5.3.2 擁塞控制算法擁塞預(yù)防策略開環(huán)控制影響擁塞的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)策略5.3 擁塞控制算法流量整形（TrafficShaping）開環(huán)控制基本思想造成擁塞的主要原因是網(wǎng)絡(luò)流量通常是突發(fā)性的；強(qiáng)迫包以一種可預(yù)測的速率發(fā)送；在ATM網(wǎng)中廣泛使用。5.3 擁塞控制算法漏桶算法（TheLeakyBucketAlgorithm）將用戶發(fā)出的不平滑的數(shù)據(jù)包流轉(zhuǎn)變成網(wǎng)絡(luò)中平滑的數(shù)據(jù)包流；可用于固定包長的協(xié)議，如ATM；也可用于可變包長的協(xié)議，如IP，使用字節(jié)計(jì)數(shù)；無論負(fù)載突發(fā)性如何，漏桶算法強(qiáng)迫輸出按平均速率進(jìn)行，不靈活。5.3 擁塞控制算法令牌桶算法（TheTokenBucketAlgorithm）漏桶算法不夠靈活，因此加入令牌機(jī)制；基本思想：漏桶存放令牌，每T秒產(chǎn)生一個(gè)令牌，令牌累積到超過漏桶上界時(shí)就不再增加。包傳輸之前必須獲得一個(gè)令牌，傳輸之后刪除該令牌；5.3 擁塞控制算法漏桶算法與令牌桶算法的區(qū)別流量整形策略不同：漏桶算法不允許空閑主機(jī)積累發(fā)送權(quán)，以便以后發(fā)送大的突發(fā)數(shù)據(jù)；令牌桶算法允許，最大為桶的大小。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。5.5網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)Figure5-42.Acollectionofinterconnectednetworks.5.5.2網(wǎng)絡(luò)如何互聯(lián)Figure5-44.(a)TwoEthernetsconnectedbyaswitch.(b)TwoEthernetsconnectedbyrouters.5.6Internet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議5.6.1IP協(xié)議5.6.2IP地址5.6.3Internet控制協(xié)議5.6.1IP協(xié)議Version:協(xié)議的版本號； IHL:表明標(biāo)頭的長度；Typeofservice:服務(wù)類型; Totallength:標(biāo)頭以及數(shù)據(jù)；Identification:數(shù)據(jù)報(bào)的序列號； DF：分段標(biāo)志；5.6.1TheIPProtocolMF：最后段標(biāo)志； Fragmentoffset：分段在數(shù)據(jù)報(bào)的位置；Timetolive：用來計(jì)算包的存活期的計(jì)數(shù)器；Protocol：協(xié)議； Headerchecksum：用于校驗(yàn)包頭；5.6.1TheIPProtocol5.6.2IPAddressesIP地址（IPAddress）地址組成：網(wǎng)絡(luò)號+主機(jī)號；地址分類:1.掌握給出一個(gè)IP地址，能指出是那類地址。2.構(gòu)成。3.每類地址最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)和最大主機(jī)數(shù)。5.6.2IP地址▲點(diǎn)分十進(jìn)制表示法每字節(jié)用1個(gè)0-255的整數(shù)表示字節(jié)之間使用點(diǎn)隔離223.1.1.1=11011111000000010000000100000001223111DF010101特殊的IP地址Figure5-56.SpecialIPaddresses.一般約定：(0表示所有比特位全為0，-1表示所有比特位全為1)網(wǎng)絡(luò)號為0---本網(wǎng)絡(luò)主機(jī)號為0---本主機(jī)主機(jī)號為-1---廣播地址，網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)子網(wǎng)子網(wǎng)（Subnets）分而治之的思想：為了便于管理和使用，可以將網(wǎng)絡(luò)分成若干供內(nèi)部使用的部分，稱為子網(wǎng)。對外界，該網(wǎng)絡(luò)還是一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)●

子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的位數(shù)由各個(gè)單位確定，如何在IP地址中區(qū)分哪些是網(wǎng)絡(luò)號，哪些主機(jī)號。Subnetmask:32Bits，1和0組成，1表示IP地址所在的位為網(wǎng)絡(luò)號或子網(wǎng)號，0表示IP地址所在的位為主機(jī)號。上例：將16位主機(jī)號分成6位子網(wǎng)號，10位主機(jī)號。(255.255.252/22)不劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼：A：255.0.0.0B：255.255.0.0C：255.255.255.0子網(wǎng)●未劃分子網(wǎng)路由器對分組的轉(zhuǎn)發(fā)到本網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)，路由器直接發(fā)送。到其它網(wǎng)絡(luò)的IP分組，路由器知道去該網(wǎng)絡(luò)的下一跳IP地址，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)壓縮成一條記錄(層次路由)。如果一個(gè)分組IP地址，路由器不知道關(guān)于它的信息，將這個(gè)分組發(fā)向默認(rèn)表項(xiàng)的下一跳。網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號下一跳(interface)本網(wǎng)絡(luò)主機(jī)直接其它網(wǎng)絡(luò)任何yDefaultz子網(wǎng)劃分子網(wǎng)路由器對分組的轉(zhuǎn)發(fā)到本子網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)，路由器直接發(fā)送到本網(wǎng)絡(luò)的其它子網(wǎng)的IP分組，路由器知道去該網(wǎng)絡(luò)的下一跳IP地址，將整個(gè)子網(wǎng)壓縮成一條記錄(層次路由)到其它網(wǎng)絡(luò)的IP分組，路由器知道去該網(wǎng)絡(luò)的下一跳IP地址，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)壓縮成一條記錄(層次路由)網(wǎng)絡(luò)號子網(wǎng)號主機(jī)號下一跳(interface)本網(wǎng)絡(luò)本子網(wǎng)某主機(jī)直接本網(wǎng)絡(luò)其它子網(wǎng)任何Y其它網(wǎng)絡(luò)任何任何ZDefaultwDESMaskNextinterface150.1.1.0255.255.255.0-150.1.1.4150.1.2.0255.255.255.0-150.1.2.9150.1.3.0255.255.255.0-150.1.3.27DESMaskNext150.1.0.0255.255.0.0123.1.1.3……150.1.1.1150.1.1.2150.1.1.3150.1.1.4150.1.2.9150.1.2.2150.1.2.1150.1.3.2150.1.3.1150.1.3.27123.1.1.3123.1.1.4ExampleNAT—NetworkAddressTranslationReason:IPaddressesarescarce.Solution:(1)IPv6(2)DHCP(3)NATThebasicidea:assigneachcompanyasingleIPaddressforInternettraffic.Withinthecompany,everycomputergetsauniqueIPaddress,whichisusedforroutingintramuraltraffic.However,whenapacketexitsthecompanyandgoestotheISP,anaddresstranslationtakesplace.NAT10.0.0.0–10.255.255.255/8(16,777,216hosts)172.16.0.0–172.31.255.255/12(1,048,576hosts)192.168.0.0–192.168.255.255/16(65,536hosts)ThreerangesofIPaddresseshavebeendeclaredasprivate：NATExample:Whenaconnectionissetupfromaddress10.0.0.1,portX,theroutersendsitoffusingsourceaddress198.60.42.12(it’sISP-suppliedaddress)onportY,andregistersthemappingX<－>Y.WhenareplycomesinforportY,itissentbackto10.0.0.1onportX.5.6.3Internet控制協(xié)議ICMP(InternetControlMessageProtocol)ICMP和IP的關(guān)系ICMP使用IP協(xié)議傳輸ICMP報(bào)文，ICMP報(bào)文被封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中；ICMP協(xié)議和IP協(xié)議同處于一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)層ICMP報(bào)文的格式5.6.3Internet控制協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)ARP的必要性DL層是不理解IP地址的，它只能夠按照MAC地址來發(fā)送和接收幀IP層將IP分組交給DL層，同時(shí)還應(yīng)該給出該目標(biāo)IP地址所對應(yīng)的MAC地址，只有這樣DL層才能夠順利地將IP分組封裝成幀傳送出去如何進(jìn)行IP地址和MAC地址的翻譯—ARP5.6.3Internet控制協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)ARP的目的：