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，重點和難點，強調(diào)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議虛擬電路和數(shù)據(jù)報協(xié)議及其開發(fā)難點理解流量控制原理協(xié)議分析，4，概述，主要功能是實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的連接，即控制通信子網(wǎng)的正常運行，通過系統(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，它將幾個邏輯信道多路復(fù)用到單個數(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，包括序列編號和數(shù)據(jù)包確認。通過DTE和DCE之間接口的數(shù)據(jù)包的錯誤和流量控制。檢測和恢復(fù)包層錯誤。為某些網(wǎng)絡(luò)提供額外的數(shù)據(jù)報服務(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)傳輸過程分為三個階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸維護和連接刪除。在傳輸無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)之前，不需要建立連接。要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包帶有對方的目的地址。到達接收端的數(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)率小的場合。7，5.1網(wǎng)絡(luò)層概述、虛擬電路和數(shù)據(jù)報虛擬電路的基本思想連接到分組交換網(wǎng)絡(luò)的每個數(shù)據(jù)終端設(shè)備都配置有一組邏輯信道(事實上，每個邏輯信道對應(yīng)一個緩沖區(qū))。在每次通信開始之前，發(fā)送方DTE發(fā)送一個呼叫請求包，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，對虛電路和數(shù)據(jù)報虛電路進行了分類和交換。虛擬電路的臨時建立包括三個階段：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特定用戶之間的虛電路。它不需要建造或拆除，但只有一個數(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：路由器維護連接狀態(tài)信息！12，22，32，1，2，3，虛電路號，接口號，R1，R4，R2，R3，虛電路和數(shù)據(jù)報虛電路示例，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)報基本特征無需建立數(shù)據(jù)包以不同的順序到達接收端，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)點交換機、主機、12、5.1網(wǎng)絡(luò)層概述、虛電路與數(shù)據(jù)報的比較、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)。計算機網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)的拓撲通常是分布式的，在兩個分布式終端設(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)中的每個節(jié)點都能夠自動選擇最佳路徑將消息傳輸?shù)侥康牡亍！白罴崖窂健蓖ǔＨQ于特定的網(wǎng)絡(luò)。可靠性、經(jīng)濟性、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、包號和目的地址；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點建立路由表，列出目的地址和輸出鏈路之間的對應(yīng)關(guān)系。節(jié)點機根據(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、完整且盡可能簡單。它具有可擴展性，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點和鏈路的拓撲變化以及網(wǎng)絡(luò)通信流量的變化。它能正確、快速、合理地傳遞信息。路由方法隨機路由、擴散路由和固定路由等非自適應(yīng)路由算法雖然簡單，但不能隨著網(wǎng)絡(luò)流量或拓撲結(jié)構(gòu)的變化而變化。自適應(yīng)路由算法也稱為動態(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。實現(xiàn)復(fù)雜，但適應(yīng)性

6、好。16，5.2.1路由，簡單路由算法擴散完全擴散：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點收到消息時，它會復(fù)制該消息并將其發(fā)送到除傳入鏈路之外的所有鏈路。選擇性擴散：節(jié)點將接收到的消息發(fā)送到目的端附近的輸出線路，根據(jù)隨機數(shù)的值隨機選擇輸出鏈路發(fā)送消息包，每個節(jié)點保存一個路由表。路由表根據(jù)最短路徑算法指定到每個目的節(jié)點的相應(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)點定期向路由控制中心報告其節(jié)點的狀態(tài)。報告內(nèi)容：節(jié)點機器的名稱、隊列長度和每個鏈路傳輸?shù)牧髁看笮?，根?jù)一定的規(guī)則，如最小總平均網(wǎng)絡(luò)延遲等。結(jié)合收集的報告和網(wǎng)絡(luò)性能，選擇從計算網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點到其他節(jié)點的最佳路徑。缺點：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)路由方法每個節(jié)點根據(jù)自己節(jié)點收集的關(guān)于運行狀態(tài)的信息隔離決定路由，不與其他節(jié)點交換路由信息?；舅枷胧亲尩竭_這個節(jié)點的數(shù)據(jù)包盡快離開這個節(jié)點。也被稱為“燙手山芋”法。缺點可能會延長總傳輸時間。19 . 5 . 2 . 1路由、自適應(yīng)路由算法分布式自適應(yīng)路由方法每個節(jié)點定期與其相鄰節(jié)點交換路由信息，并定期將自己節(jié)點的決策信息發(fā)送給周圍的節(jié)點。缺點每次交換的信息只發(fā)生在相鄰的節(jié)點之間，因此某個節(jié)點的突然變化不可能很快傳遞到整個網(wǎng)絡(luò)，因此可能會發(fā)生某些節(jié)點的路由不是最優(yōu)的情況。根據(jù)距離矢量計算，根據(jù)鏈路狀

8、態(tài)計算，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資源的需求時，就會出現(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)來有效地動態(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、控制的級別和方法，保持兩個相鄰節(jié)點之間或主機與節(jié)點之間的流量均勻，出口層的入口與源節(jié)點和目的節(jié)點之間的流量控制有關(guān)。為了防止輸出節(jié)點的緩沖區(qū)擁塞，在網(wǎng)絡(luò)入口層考慮源主機和目的主機之間的流量控制，以控制在源主機進程和目的主機進程之間的虛電路連接中從外部進入網(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，接收方也可以延遲確認，以解決控制發(fā)送方速度的問題。丟棄方法：當(dāng)消息到達時，幾個節(jié)點機器的緩沖區(qū)已滿，到達的消息將被丟棄。保留緩沖區(qū)方法在數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點保留目的

10、節(jié)點緩沖區(qū)。許可證法規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中一定數(shù)量的“許可證”，并允許每個許可證攜帶一個數(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)了僅通過使用無連接數(shù)據(jù)報機制提供“盡力而為”數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎P層的主要特征。提供無連接數(shù)據(jù)報傳輸機制來完成點對點通信數(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尋址可以唯一地識別互聯(lián)網(wǎng)中的每個可尋址通信實體。實體識別方法：分級地址：國家號、網(wǎng)絡(luò)號、主機號和端口號；平面地址：直接給互聯(lián)網(wǎng)上的每個實體分配一個唯一的號碼。當(dāng)數(shù)據(jù)報傳輸分段、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)報路

11、由在同一網(wǎng)段上時，數(shù)據(jù)報可以沿著實際的物理路徑通過不同的網(wǎng)段傳輸，IP數(shù)據(jù)報應(yīng)該能夠通過路由器或網(wǎng)關(guān)處理傳輸錯誤，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)報格式的IP協(xié)議分析，28，31，IP數(shù)據(jù)報格式，29，4，8，16咨詢，識別，服務(wù)類型， 總長度、片偏移、填充、第一次檢查和求和、源地址、目的地址、可選字段(長度可以更改)、位、第一長度、0、1、2、3、4、5、6、7、D. IP數(shù)據(jù)報、固定部分、30、第一部分、0、4、8、16、19、24、31、版本、徽標、生命周期、咨詢、識別、服務(wù)類型、總長度報頭長度、0、1、2、3、4、5、6、7、D、T 第一長度、0、1、2、3、4

12、、5、6、7、D、T、R、C、未使用、高級第一級別4、8、16、19、24、31、版本、標志、出生時間、協(xié)商、標識、服務(wù)類型、總長度、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(可變長度)、位、第一長度、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個子域，優(yōu)先級表示重要性不要更改，服務(wù)類型，34，針對不同應(yīng)用推薦的TOS值，35，第一部分，0，4，8，16，19，24，31，版本，符號，在生命和存在之間，協(xié)商，標記可選字段(可變長度)，位，標題長度，0，1，2，3，4，5，6，7，D，T，R，C，未使用的，高級階段，數(shù)據(jù)部分，位，固定部分，可變

13、部分，36，咨詢、識別、服務(wù)類型、總長度、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(長度可以更改)、位、首次長度、0、1、2、3、4、5、6、7、D、第一部分、0、4、8、16、19、24、31、版本、符號、出生時間、咨詢、識別、服務(wù)類型、總長度、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:最后一個片段標志MF(更多片段)，MF=1:后面有一個片段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消息長度大于網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸單位，則向源發(fā)送一條錯誤消息。位2 :未使用，39，第一部分，0，4，8，16，19，24，31，版本，標志，出生時間，協(xié)商，識別，服務(wù)類型，總長度，電影片頭長度，0，1，2，3，4，5，6，7，D，T，R，C，未使用，上級，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