计算机网络-网络层

教学内容：广域网的基本概念广域网中的分组转发机制广域网的路由选择广域网技术广域网是作用地理范围从数十公里到数千公里，可以连接若干个城市、地区甚至跨越国界、遍及全球的一种通信网络。一般都是由电信公司所拥有。低速广域网是传输速度较低的广域网，低速广域网包括电话网、综合业务数字网ISDN、以及X.25分组交换网。高速广域网是速度高、延迟小的一种广域网，包括帧中继网、异步传输模式ATM网以及同步光纤网SONET等。广域网的基本概念广域网的基本概念广域网与局域网的区别广域网由许多位于交换节点的交换机（称为节点交换机）以及连接这些节点的链路组成。局域网的协议在数据链路层，广域网的协议在网络层。广域网的主要问题是分组转发。广域网与局域网之间存在着较大的区别。从连接方式上看，广域网的组成部分主要是分组交换机，采用的是点对点连接，而局域网的组成多为计算机，普遍采用多点接入技术。一个典型的互联网拓扑结构，位于不同地址位置的多个局域网、广域网连接后形成了互联网。局域网、广域网是互联网的构件，在局域网或广域网内部主机通信使用网络的物理地址。

广域网的基本概念广域网的基本概念广域网的组成广域网中最基本的交换机称为分组交换机（packetswitch，也称为包交换机），它可以将分组从一个节点传送到另一个节点。

广域网的组成在广域网中，将网络内部进行互连的交换机称为内部交换机（interiorswitch），而把外围与计算机直接相连的交换机称为外部交换机（exteriorswitch），外部交换机也称为边缘交换机。广域网的基本工作模式是存储转发（storeandforward），广域网中的交换机及连接方式广域网的基本概念广域网的基本概念广域网网络层主要功能建立、维护、拆除N层连接组包/拆包路由，寻址，转发流控、拥塞控制数据：正常数据流和快速数据流网络互连。解决源端和目的端不在同一网络带来的问题。广域网的基本概念广域网网络层服务

从OSI参考模型来看，广域网涉及到下三层：物理层、数据链路层和网络层。其中，网络层为网络中的主机提供了两大类服务：面向连接的虚电路服务

面向非连接的数据报服务

9面向连接的虚电路服务用于建立、维护和拆除VC用于ATM、帧中继、X.25中没有用于今天的因特网中应用运输网络数据链路物理应用运输网络数据链路物理1.发起呼叫2.入呼叫3.接受呼叫4.呼叫已连接5.数据流开始6.接收数据广域网的基本概念虚电路的转发表广域网的基本概念11面向非连接的数据报服务在网络层无呼叫建立尽最大努力交付分组使用目的主机地址转发，在相同源和目的对可能采用不同的路径应用运输网络数据链路物理应用运输网络数据链路物理1.发送数据2.接收数据广域网的基本概念数据报的转发表广域网的基本概念13因特网在计算机间交换数据“弹性”服务，无严格的定时要求“智能”端系统(计算机)能够适应，执行控制，差错控制网络内部简单，“边缘”复杂许多链路类型不同的特点难以提供统一服务ATM从电话技术演化来人类交谈：严格定时，可靠性要求对确保服务的需求“哑”端系统电话网络内部复杂广域网的基本概念虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责教学内容：广域网的基本概念广域网中的分组转发机制广域网的路由选择广域网技术广域网中的分组转发机制网络层涉及的是将源端发出的分组经各种途径送到目的端。中间可能经过许多结点。是处理端到端的最低层。路由:

决定分组从源到目的地所采用的路由转发:

将分组从路由器的输入移动到适当的路由器输出路由算法类比:路由:

规划从源到目的地路径的过程转发:

通过单个立交桥的过程171230111到达分组首部的值选路算法本地转发表首部值输出链路01000101011110013221路由对转发的影响虚电路的分组转发建立虚电路时确定路径，数传阶段实现逻辑电路号变换，按固定方向转发。广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制数据报的分组转发查找转发表，根据目的地址确定下一站的转发端口1.广域网的物理编址在许多广域网中使用了层次编址方案（hierarchicaladdressingscheme）最简单的层次编址称为两段式层次地址。主机地址：每台主机在广域网中的地址是惟一的所连接交换机编号所连接的交换机的端口号广域网中的分组转发机制2.转发表结构每一个交换机中都有一个转发表，简称为路由表（routingtable）。路由表中有两个重要的组成：即分组的目的站点和下一站点（nexthop）。

广域网中的分组转发机制转发表结构没有源地址项，转发只考虑目的站路由选择中的下一个站点只取决于发组中的目的站点地址，而与源站点地址无关，这个概念称为原地址独立性（sourceindependence）。直接交付间接交付

广域网中的分组转发机制直接交付，当分组的源主机和目的主机是在同一个网络，或转发是在最后一个交换机与目的主机之间时将直接交付。广域网中的

分组转发机制间接交付，目的主机与源主机不在同一个网络上，分组间接交付。广域网中的分组转发机制3.转发过程按照分组的目的站点的交换机号确定下一跳目的交换机根据主机连接端口号确定交付的主机广域网中的分组转发机制为使广域网能够正常运行，交换机中的路由表必须符合以下条件：

完整的路由。每个交换机的路由表中必须包含有能够到达所有目的站点的“下一站点”

路由优化。对于一个给定的目的站点而言，交换机的路由表中的“下一站点”必须是指向目的站点的最短路径。广域网中的分组转发机制4.转发表简化按交换机号合并表项，修改第一列目标主机为目标主机所连接交换机。默认路由（缺省路由）项，用一个条目来代替路由表中具有相同“下一站点”的多条重复条目。默认路由的目的站点用符号“*”表示。目的是减少查找转发表的时间，提高处理速度。每个节点的路由表使用了默认路由后的简化路由表教学内容：广域网的基本概念广域网中的分组转发机制广域网的路由选择广域网技术广域网中的路由选择路由与转发，根据路由选择算法构造路由表，根据路由表得到转发表，分组转发时查找转发表进行转发。路由选择算法是网络层软件的一部分，负责确定分组的传输路线。具有全局性。路由选择算法的工作在网络层，设备涉及广域网中的交换机和互联网的路由器。广域网互连网的路由区别一个理想的路由算法应具有以下的特点：算法必须是正确和完整的。分组能够根据交换机中的路由表成功到达目的计算机；在一个网络中，路由表应该包含所有能够到达的交换机的信息。算法应力求尽量简单。算法复杂将会增加系统的开销，所以路由算法在保证功能实现的同时应尽可能的简单。算法应能够适应网络流量和网络拓扑的变化。当网络流量发生变化时，算法应能够自动改变路由以实现各链路的负载均衡；当网络硬件发生故障时，算法能够及时发现故障并将故障发送给其他的交换机。同时，当故障排除后，算法也应及时恢复路由。广域网中的路由选择一个理想的路由算法应具有以下的特点：算法应具有稳定性。当路由表建立后，如果网络的通信流量和链路状态相对稳定，这时算法应保证路由表的稳定性。算法应是公平的，对所有的用户平等对待。算法应是最佳的，以最小代价实现路由算法。广域网中的路由选择讨论路由选择算法涉及的主要参数：跳数（hopcount），分组从源结点到达目的结点经过的路由器的个数。带宽（bandwidth），链路的传输速率。延时（delay），分组从源结点到达目的结点花费的时间。负载（load），通过路由器或线路的单位时间通信量。可靠性（reliability），传输过程中的误码率。开销（overhead），传输过程中的耗费，与所使用的链路带宽相关。广域网中的路由选择分类：

静态路由（staticrouting）。在交换机启动时计算和设置路由，此后路由不再改变。

动态路由（dynamicrouting）。在交换机启动时进行初始化，当网络发生变化（如某一台交换机出现阻塞或某一条链路出现故障时）时随时进行更新。广域网中的路由选择复杂性所有结点共同协调完成环境变化，无法预测拥塞状态下难于获得路由选择策略广域网中的路由选择广域网中的路由选择与流量控制好的流控使更多的通信量流入网络，好的路由选择可以使网络的平均时延较低。输入网络的负载增大，网络的平均时延增大，需要进一步的流量控制，拒绝一些负载。网络的平均时延随网络的通信量增大，良好的路由选择可以使网络对吞吐量的变化性能得到改善。广域网中的路由选择路由选择对网络吞吐量和时延的影响路由选择与流量控制之间的关系教学内容：广域网的基本概念广域网中的分组转发机制广域网的路由选择广域网技术广域网技术低速广域网是传输速度较低的广域网，低速广域网包括电话网、综合业务数字网ISDN、以及X.25分组交换网。高速广域网是速度高、延迟小的一种广域网，包括帧中继网、异步传输模式ATM网以及同步光纤网SONET等。公用交换电话网（PSTN）综合业务数字网（ISDN）分组交换网X.25帧中继FR异步传输方式ATM同步光纤网SONET广域网技术X.25标准的层次关系广域网技术广域网技术ISDN是由综合数字电话网发展起来的一个网络，它提供端到端的数字连接以支持广泛的服务，包括声音的和非声音的，用户的访问是通过少量多用途用户网络接口标准实现的。ISDN协议参考模型的基本概念是建立在ISO/OSI参考模型的分层通信原理基础上，它和ISO/OSI参考模型的区别在于多通道访问接口结构以及公共通道信令，它包括了多种通信模式和能力。分组交换是一种在距离相隔较远的工作站点之间进行大容量数据传输的有效方法，它结合线路交换和报文交换的优点，将信息分成较小的分组进行存储、转发，动态分配线路的带宽。X.25网是最常用的分组交换网，X.25描述了将一个分组终端连接到一个分组网络上所需要做的工作。X.25包含有3层协议，即物理层，链路层和分组层。X.25的分组层提供虚电路服务，数据以分组形式通过外部虚电路传输。虚电路有两种类型：呼叫虚电路和永久虚电路。呼叫虚电路是通过呼叫建立和呼叫清除等过程动态地建立起来的虚电路。永久虚电路则是固定的虚电路。广域网技术现代数据通信设施具有高质量、高可靠的传输链路，很多场合采用光纤，提供了高可靠的传输技术，采用X.25不仅其开销是不必要的，而且会大大影响高速数据链路的利用率。帧中继的设计，消除了很多X.25对最终用户系统和分组交换网所需的开销。ATM的信元结构包含5个字节的信元头和48个字节的信元信息域，合计为53字节的固定字长。字节是按递增顺序发送，从第一个字节开始，字节中的位是按递减顺序发送，从第8位开始。广域网技术ATM网络被设计成能够同时传送很多不同类型的通信量，包括实时的流量，例如话音、图像以及突发的TCP流量。虽然每一种通信量是以一串53字节的信元形式通过虚通路的，但每一种数据流量在网络内被处理的方法，则依赖于通信流量的特性和应用的需求。SONET和SDH标准