《数据链路层》课件

Chapter5TheNetworkLayer01Introduction 6H02PhysicalLayer 6H03DataLinkLayer 6H04MACSublayer 8H05NetworkLayer 6H06TransportLayer

6H07ApplicationLayer 6H08NetworkSecurity 4HTotal 48HContentsIPLayer〔End-to-endPackets)应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP

或

UDP)TCP/IP应用层物理层网络层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP

或

UDP)数据链路层HybridModel(textbookmodel)Thenetworklayeristhelowestlayerthatdealswithend-to-endtransmission.Itmust:

-Knowaboutthetopologyofthecommunicationsubnet;

-Takecaretochooseroutes,and

-Dealwithdataexchangebetweendifferentnetworks.5.1NetworkLayerDesignIssuesStore-and-ForwardPacketSwitchingServicesProvidedtotheTransportLayerImplementationofConnectionlessServiceImplementationofConnection-OrientedServiceComparisonofVirtual-CircuitandDatagramSubnetsStore-and-ForwardPacketSwitchingTheenvironmentofthenetworklayerprotocols.Ahostwithapackettosendtransmitsittothenearestrouter,eitheronitsownLANoroverapoint-to-pointlinktothecarrier.Thepacketisstoredthereuntilithasfullyarrivedsothechecksumcanbeverified.Thenitisforwardedtothenextrouteralongthepathuntilitreachesthedestinationhost.

fig5-1ServicesProvidedtotheTransportLayerThenetworkservicestothetransportlayergoals:Theservicesshouldbeindependentoftheroutertechnology.Thetransportlayershouldbeshieldedfromtherouterspresent.TheuniformaddressesplanacrossLANsandWANs.Connection-orientedorconnectionless?-therouters'jobismovingpacketsaround.Thesubnetisinherentlyunreliable.Therefore,thehostsshoulddoerrorcontrolandflowcontrolthemselves.Theconclusionisconnectionless,withprimitivesSENDPACKETandRECEIVEPACKETandlittleelse.-thesubnetserviceshouldbereliable,connection-oriented.ThesetwocampsareexemplifiedbytheInternetandATM.ImplementationofConnectionlessServiceRoutingwithinadiagramsubnet.ImplementationofConnection-OrientedServiceRoutingwithinavirtual-circuitsubnet.ComparisonofVirtual-CircuitandDatagramSubnets5-4trade-offs1.routermemoryspaceandbandwidth:VCallowpacketstocontaincircuitnumbersinsteadoffulldestinationaddresses.Itsavesbandwidth.Thepricepaidisthetablespacewithintherouters.2.setuptimeversusaddressparsingtime:UsingVCsrequiresasetupphase,needtimeandresources.However,routinginaVCsubnetiseasy.Inadatagramsubnet,amorecomplicatedlookupprocedureisrequired.3.amountoftablespacerequiredinroutermemory:Adatagramsubnetneedsanentryforeverypossibledestination,whereasavirtual-circuitsubnetjustneedsanentryforeachvirtualcircuit.4.qualityofserviceandavoidingcongestion:VCshavesomeadvantageswhentheconnectionisestablished.Withadatagramsubnet,congestionavoidanceismoredifficult.5.overheadrequiredtosetupandclearaVC:Ifthemajorityofthetrafficisexpectedtobetransaction,theuseofVCisnotwise.(permanentVCmaybeusefulhere.6.lossofacommunicationlineisfataltovirtualcircuitsusingitbutcanbeeasilycompensatedforifdatagramsareused.Datagramsalsoallowtherouterstobalancethetrafficthroughoutthesubnet,sinceroutescanbechangedpartwaythroughalongsequenceofpackettransmissions.中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器(router)。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。

网络互相连接起来要使用一些中间设备当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。

网关由于比较复杂，目前使用得较少。

互联网都是指用路由器进行互连的网络。

由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。

网络互连使用路由器直接交付和间接交付间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器TypicalRouter

路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口……11133122223——网络层2——数据链路层1——物理层“转发〞和“路由选择〞的区别“转发〞(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的IP数据报从适宜的端口转发出去。“路由选择〞(routing)那么是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，输入端口对线路上

收到的分组的处理数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定的时延。物理层处理数据链路层处理网络层处理分组排队

交换结构输入端口的处理从线路接收分组查表和转发输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。物理层处理数据链路层处理网络层处理分组排队输出端口的处理向线路发送分组缓存管理交换结构分组丢弃假设路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，那么队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丧失的重要原因。5.2RoutingAlgorithmsTheOptimalityPrincipleShortestPathRoutingFloodingDistanceVectorRoutingLinkStateRoutingHierarchicalRoutingBroadcastRoutingMulticastRoutingRoutingforMobileHostsRoutinginAdHocNetworksConflictbetweenfairnessandoptimalityCorrectness,simplicity,robustness,stability,fairness,andoptimalityarepropertiesdesirableinaroutingalgorithm.However,someofthemareoftencontradictorygoals.Reducingthenumberofhopstendstoimprovethedelayandalsoreducetheamountofbandwidthconsumed,whichtendstoimprovethethroughputaswell.Routingalgorithmscanbegroupedintotwomajorclasses:

1.Innonadaptivealgorithms,thechoiceoftherouteiscomputedinadvance,off-line,anddownloadedtotherouterswhenthenetworkisbooted.Alsocalledstaticrouting.

2.Adaptivealgorithmschangetheirroutingdecisionstoreflectchangesinthenetwork(topologyandtraffic).Adaptivealgorithmsdifferinwheretheygettheirinformation(e.g.fromadjacentrouters,orfromallrouters),whentheychangetheroutes,andwhatmetricisusedforoptimization(e.g.,distance,numberofhops,orestimatedtransittime).Alsocalleddynamicrouting.TheOptimalityPrinciple(a)Asubnet.(b)AsinktreeforrouterB.“IfrouterJisontheoptimalpathfromrouterItorouterK,thentheoptimalpathfromJtoKalsofallsalongthesameroute〞.Consequentlythesetofoptimalroutesfromallsourcestoagivendestinationformatreerootedatthedestination.Suchatreeiscalledasinktree.Thegoalofallroutingalgorithmsistodiscoverandusethesinktreesforallrouters.i最正确路由不存在一种绝对的最正确路由算法。所谓“最正确〞只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。从路由算法的自适应性考虑静态路由选择策略——即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由选择策略——即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。ShortestPathRoutingThefirst5stepsusedincomputingtheshortestpathfromAtoD.

Thearrowsindicatetheworkingnode.1425361112223355StepND(2)D(3)D(4)D(5)D(6)Initialization{1}251∞∞1{1,4}24①2∞2{1,4,5}231②43{1,2,4,5}②31244{1,2,3,4,5}2③1245{1,2,3,4,5,6}2312estinationNexthopDistance1--222343441542644结点1上路由表Q:计算以结点2为起点，到其他结点的最短路由以及相应的转发表。Anotherstaticalgorithmisflooding,inwhicheveryincomingpacketissentoutoneveryoutgoingline.Floodingcangeneratesvastnumbersofduplicatepackets.Onemeasuretocontroltheduplicationishopcounter.

Analternativetechniqueistokeeptrackofpacketsflooded,toavoidsendingthemoutasecondtime.Thenneedsalistpersourceroutertellingwhichsequencenumbershasalreadybeenseen.Anyincomingpacketonthelistisnotflooded.

Avariationisselectiveflooding.Therouterssendonlyonthoselinesthataregoingapproximatelyintherightdirection.

Floodingisnotpractical,butthetremendousrobustnessoffloodingdoeshavesomeuses.Inmilitary,indistributeddatabaseapplications,inwirelessnetworksandinuseasametricagainstwhichotherroutingalgorithmscanbecompared.Becausefloodingalwayschoosestheshortest.floodingModerncomputernetworksgenerallyusedynamicroutingalgorithmsratherthanthestaticonesbecausestaticalgorithmsdonottakethecurrentnetworkloadintoaccount.

Twodynamicalgorithmsinparticular,distancevectorroutingandlinkstaterouting,arethemostpopular.

Distancevectorroutingalgorithmsoperatebyhavingeachroutermaintainatable(i.e,avector)givingthebestknowndistancetoeachdestinationandwhichlinetousetogetthere.Thesetablesareupdatedbyexchanginginformationwiththeneighbors.

ThealgorithmwastheoriginalARPANETroutingalgorithmandwasalsousedintheInternetunderthenameRIP.1〕DistanceVectorRoutingAroutingtableindexedbyoneentryforeachrouterinthesubnet.Thisentrycontainstwoparts:thelinetouseforthatdestinationandanestimateofthetime/distancetothatdestination.Themetricusedmightbehops,timedelay,totalnumberofpacketsqueuedetc.

Assumethatdelayisusedasametric.OnceeveryTmseceachroutersendstoeachneighboralistofitsestimateddelaystoeachdestination.Italsoreceivesasimilarlistfromeachneighbor.IftherouterknowsthatthedelaytoXismmsec,italsoknowsthatitcanreachrouteriviaXinXi+mmsec.Byperformingthiscalculationforeachneighbor,aroutercanfindoutwhichestimateseemsthebestandusethatestimateandthecorrespondinglineinitsnewroutingtable.Notethattheoldroutingtableisnotusedinthecalculation.距离向量算法收到相邻路由器〔其地址为X〕的一个RIP报文：(1)先修改此RIP报文中的所有工程：将“下一跳〞字段中的地址都改为X，并将所有的“距离〞字段的值加1。(2)对修改后的RIP报文中的每一个工程，重复以下步骤：假设工程中的目的网络不在路由表中，那么将该工程加到路由表中。否那么假设下一跳字段给出的路由器地址是同样的，那么将收到的项 目 替换原路由表中的工程。否那么假设收到工程中的距离小于路由表中的距离，那么进行更新， 否那么，什么也不做。(3)假设3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，那么将此相邻路 由器记为不可达的路由器，即将距离置为16〔距离为16表 示不可达〕。(4)返回。RIP〔RoutingInformationProtocol〕RIP基于Distance-Vector，使用UDP报文进行路由信息的交换。RIP每隔30秒钟发送一次路由刷新报文，如果在180秒内收不到从某一网络邻居发来的路由刷新报文，那么将该网络邻居的所有路由标记为不可达。如果在300秒之内收不到从某一邻居发来的路由刷新报文，那么将该网上邻居的路由从路由表中去除。RIP-1不具备报文加密验证功能，而在RIP-2中实现了该功能。RIP使用跳数〔HopCount〕来衡量到达信宿机的距离，称为路由权〔RoutingMetric〕。在RIP中，路由器到与它直接相连网络的跳数为1，通过n个路由器可达的网络的跳数为n+1，其余依此类推。为限制收敛时间，RIP规定metric取值0~15之间的整数，大于或等于16的跳数被定义为无穷大，即目的网络或主机不可达。11

2131FEDCBA51612151314141611151一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息网

3网

2网

4网

6网

5网

1“4〞表示“从本路由器到网4〞“1〞表示“距离是1〞“〞表示“直接交付〞112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相邻路由器A和C的路由表网

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1112131416112A22A314162C更新后A说：“我到网1的距离是1。〞因此B现在也可以到网1，距离是2，经过A。〞112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相邻路由器A和C的路由表网

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1112131416112A22A314162C更新后A说：“我到网2的距离是1。〞因此B现在也可以到网2，距离是2，经过A。〞最终所有的路由器的路由表都更新了FEDCBA11213142B52E63B1122A32A43A5162F12E22D33C42C516113B23B32B4152F61网2网6网5网1网3网412A2132A43A5162F12A22A314153C62CRIP协议的优缺点RIP存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。RIP协议最大的优点就是实现简单，开销较小。RIP限制了网络的规模，它能使用的最大距离为15〔16表示不可达〕。路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。R2R1网1网3网2正常情况11

12R1R1说：“我到网1的距离是1，是直接交付。〞“1〞表示“从本路由器到网1〞“1〞表示“距离是1〞“〞表示“直接交付〞R2R1网1网3网2正常情况1112R1R2说：“我到网1的距离是2，是经过R1。〞“1〞表示“从本路由器到网1〞“2〞表示“距离是2〞“R1〞表示经过R1R2R1网1网3网2R2R1网1网3网2网

1出了故障正常情况1111612R112R1R1说：“我到网1的距离是16〔表示无法到达〕，是直接交付。〞但R2在收到R1的更新报文之前，还发送原来的报文，因为这时R2并不知道R1出了故障。R2R1网1网3网2R2R1网1网3网2网

1出了故障正常情况1111612R112R1R1收到R2的更新报文后，误认为可经过R2到达网1，于是更新自己的路由表，说：“我到网1的距离是3，下一跳经过R2〞。然后将此更新信息发送给R2。13R2R2R1网1网3网2R2R1网1网3网2网

1出了故障正常情况1111612R112R1R2以后又更新自己的路由表为“1,4,R1〞，说明“我到网1距离是4，下一跳经过R1〞。13R214R1R2R1网1网3网2R2R1网1网3网2网

1出了故障正常情况11…11613R215R2116R212R112R114R1116R1…这样不断更新下去，直到R1和R2到网1的距离都增大到16时，R1和R2才知道网1是不可达的。这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这是RIP的一个主要缺点。Ref:IGRP协议Cisco公司在1980年代中期开发了IGRP〔InteriorGatewayRoutingProtocol，内部网关路由协议〕，是一个距离矢量路由协议，与RIP相比，IGRP具有以下特点：与RIP一样，从所有配置接口上定期发出路由更新；IGRP使用的复合度量值来建立路由最正确路径；支持单个目的地的非同等本钱负载均衡：最多6条；缺省情况下，IGRP每90秒发送一次路由更新播送；默认最大跳数为100，但可以设置为255；快速收敛：触发更新。IGRP复合度量值IGRP协议使用的复合度量值使它可以比RIP协议更加精确的评价路由。度量值包括的指标有：Bandwidth—带宽，单位是kbpsDelay—累积的接口延迟，单位是10微秒Reliability—数据包传输的成功率，取值为0到255.Loading—有效带宽MTU—最大传输单元.2〕LinkStateRoutingTheideabehindlinkstateroutingcanbestatedasfiveparts.Eachroutermustdothefollowing:Discoveritsneighbors,learntheirnetworkaddress.Measurethedelayorcosttoeachofitsneighbors.Constructapackettellingallithasjustlearned.Sendthispackettoallotherrouters.Computetheshortestpathtoeveryotherrouter.Ineffect,thecompletetopologyandalldelaysareexperimentallymeasuredanddistributedtoeveryrouter.ThenDijkstra'salgorithmcanberuntofindtheshortestpathtoeveryotherrouter.LearningabouttheNeighbors(a)NineroutersandaLAN.(b)Agraphmodelof(a).Whenarouterisbooted,itsfirsttaskistolearnneighbors.ItsendsaspecialHELLOpacketoneachline.Therouterontheotherendisexpectedtosendbackareplytellingwhoitis.BuildingLinkStatePackets(a)Asubnet.(b)Thelinkstatepacketsforthissubnet.DistributingtheLinkStatePacketsThepacketbufferforrouterBinthepreviousslide.Theideaistousefloodingtodistributethelinkstatepackets.Tokeepincheck,eachpacketcontainsasequencenumberthatisincrementedforeachnewpacketsent.Oncearouterhasaccumulatedafullsetoflinkstatepackets,itconstructtheentiresubnetgraphusingDijkstra'salgorithm.链路状态数据库

(link-statedatabase)

由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的〔这称为链路状态数据库的同步〕。OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。ThefivetypesofOSPFmesseges5-66OSPF(OpenShortestPathFirst)OSPF的特点OSPF规定每隔一段时间〔30分钟〕，要刷新一次数据库中的链路状态。由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。OSPF没有“坏消息传播得慢〞的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于100ms。OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送，可见OSPF的位置在网络层。数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要丧失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。OSPF的其他特点OSPF对不同的链路可根据IP分组的不同效劳类型TOS而设置成不同的代价。因此，OSPF对于不同类型的业务可计算出不同的路由。如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的负载平衡。所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR。每一个链路状态都带上一个32bit的序号，序号越大状态就越新。Distancevectorversuslink-statePacketsRoutingtableinAthesubnetThelinkstatepacketsDistancevectorFromA

A-B4C6D9E5F10A--BB4CB6DB9EE5FB10ForwardingtableD-V和L-S的比较D-V算法规定每隔一段时间〔30秒〕，与相邻路由器交换一次D-V；OSPF规定环境改变才通知所有路由器发送一次L-S。不过隔一段时间〔30分钟〕，要刷新发送L-S。D-V算法只考虑下一跳，没有全局的概念，交给下一跳就完成任务，所以容易产生环路；L-S算法每个路由器可以根据网络整体结构决定路径，所以不会产生环，OSPF也没有“坏消息传得慢〞的问题。RIP用UDP数据报传送；而OSPF直接用IP数据报传送。HierarchicalRouting

(分层次的路由选择协议)Asnetworkgrowinsizes,theroutersaredividedintowhatwewillcallregions,witheachrouterknowingitsownregion,butnothingaboutotherregions.Forhugenetworks,itmaybenecessarytogrouptheregionsintoclusters,theclustersintozones,thezonesintogroups,andsoon.Nextisanexampleofroutinginatwo-levelhierarchywithfiveregions.Thefullroutingtableforrouter1Ahas17entries.Thereareentriesforallthelocalrouters,andallotherregionscondensedintoasinglerouter,soalltrafficforregion2goesviathe1B-2Aline,buttherestoftheremotetrafficgoesviathe1C-3Bline.Hierarchicalroutinghasreducedthetablefrom17to7entries.Hierarchicalrouting因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，那么这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议〔这属于本部门内部的事情〕，但同时还希望连接到因特网上。3〕自治系统(autonomoussystem)Internet是以路由器为根底的网络〔routerbasednetwork〕Internet将整个互联网划分为许多较小的自治系统AS。一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来管辖。一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。内部网关协议IGP：具体的协议有多种，如RIP和OSPF等。外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP。R1H1H2内部网关协议IGP〔例如，RIP〕自治系统A自治系统B自治系统CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP〔例如，OSPF〕外部网关协议EGP〔例如，BGP-4〕IGPR3R2自治系统和

内部网关协议、外部网关协议因特网有两大类路由选择协议内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。外部网关协议EGP(ExternalGatewayProtocol)假设源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。4〕BGP(BorderGatewayProtocol)

–TheExteriorGatewayRoutingProtocol(a)AsetofBGProuters.(b)InformationsenttoF.BGP使用的环境却不同因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。对于自治系统之间的路由选择，要寻找最正确路由是很不现实的。自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。因此，边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由〔不能兜圈子〕，而并非要寻找一条最正确路由。BGP发言人每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP发言人〞。一般说来，两个BGP发言人都是通过一个共享网络连接在一起的，而BGP发言人往往就是BGP边界路由器，但也可以不是BGP边界路由器。一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，就要先建立TCP连接，然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话(session)，利用BGP会话交换路由信息。使用TCP连接能提供可靠的效劳，也简化了路由选择协议。使用TCP连接交换路由信息的两个BGP发言人，彼此成为对方的邻站或对等站。路由routingStatic动态Dynamic/AdaptiveEGP(BGP-4)

外部网关协议IGP内部网关协议

RIP/IGRP(距离向量法〕OSPF〔链路状态法〕RoutingSummary(flooding〕5〕RoutingforMobileHostsAWANtowhichLANs,MANs,andwirelesscellsareattached.Eachareahasoneormoreforeignagents,keepingtrackofallmobilehostsvisitingthearea.Eachareahasahomeagent,keepingtrackofhostswhosehomeinthearea,butvisitinganotherarea.Hostshaveapermanenthomelocationandaddress.Amobilehostenteringanareamustfirstregisteritselfwiththeforeignagentthere,likethis:

--Periodically,eachforeignagentbroadcastsitsexistenceandaddress.Anewly-arrivedmobilehostmaybroadcastaskingforanyforeignagents.

--Themobilehostregisterswiththeforeignagent,givingitshomeaddress,currentdatalinklayeraddress,andsomesecurityinformation.

Theforeignagentcontactsthemobilehost'shomeagent,tellingownaddressandalsothesecurityinformation.

--Thehomeagentexaminesthesecurityinformationandatimestamp.Ifitisfresh,ittellstheforeignagenttoproceed.

--Thentheforeignagentmakesanentryinitstablesandinformsthemobilehostthatitisnowregistered.

--Ideally,leavinganareawithaderegistration.

Whenapacketissenttoamobilehost,itisroutedtothehost'shomeLAN.Thehomeagentthenfindsthemobilehost'snewlocationviatheforeignagenthandlinghim.Packetroutingformobileusers.5.3CongestionControlAlgorithmsGeneralPrinciplesofCongestionControlCongestionPreventionPoliciesCongestionControlinVirtual-CircuitSubnetsCongestionControlinDatagramSubnetsLoadSheddingJitterControlCongestionWhentoomuchtrafficisoffered,congestionsetsinandperformancedegradessharply.GeneralPrinciplesofCongestionControlTwogroupsofsystemscontrolsolutions:openloopandclosedloop.Open-loopcontrolmakedecisionswithoutregardtothecurrentstateofthenetwork.Closedloopsolutionsarebasedontheconceptofafeedbackloopwiththreeparts:Monitorthesystem.detectwhenandwherecongestionoccurs.(suchas:thepercentageofallpacketsdiscarded,thequeuelengths,thenumberoftimeoutpacketst,theaveragepacketdelay,andthestandarddeviationofpacketdelay)Passinformationtowhereactioncanbetaken.Adjustsystemoperationtocorrecttheproblem.CongestionPreventionPoliciesPoliciesthataffectcongestion.5-26CongestionControlinVirtual-CircuitSubnets(a)Acongestedsubnet.(b)Aredrawnsubnet,eliminatescongestionandavirtualcircuitfromAtoB.CongestionControlinDatagramSubnetsTheWarningBitassociatewitheachlineavariableutoreflecttherecentutilization.Wheneverumovesabovethethreshold,theoutputlineentersa''warning''state.(bysettingaspecialbitinthepacket'sheader).Whenthepacketarrivedatitsdestination,thetransportentitycopiedthebitintothenextacknowledgementsentbacktothesource.Thesourcethencutbackontraffic.Asrouterinthewarningstate,itcontinuedtosetthewarningbit.Thesourcemonitoredthefractionofacknowledgementswiththebitsetandadjusteditstransmissionrateaccordingly.Aslongasthewarningbitscontinuedtoflowin,thesourcecontinuedtodecreaseitstransmissionrate.Hop-by-HopChokePackets(a)Achokepacketthataffectsonlythesource.(b)Achokepacketthataffectseachhopitpassesthrough.LoadsheddingArouterjustpickpacketsatrandomtodrop.anoldpacketisworthmorethananewoneand,anewpacketismoreimportantthananoldone.Forfiletransfer,oldisbetterthannewandformultimedia,newisbetterthanold.Toimplementanintelligentdiscardpolicy,applicationsmustmarktheirpacketsinpriorityclasses.Anotheroptionistoallowhoststoexceedthelimitsandallexcesstrafficbemarkedaslowpriority.RandomEarlyDetectionRED(RandomEarlyDetection).routersmaintainarunningaverageoftheirqueuelengths.therouterpickingapacketatrandomanddiscardit.Thisonlyworkswhensourcesrespondtolostpacketsbyslowingdowntheirtransmissionrate.JitterControl(a)Highjitter.(b)Lowjitter.5.4QualityofServiceRequirementsTechniquesforAchievingGoodQualityofServiceIntegratedServicesDifferentiatedServicesLabelSwitchingandMPLSRequirementsHowstringentthequality-of-servicerequirementsare.5-30TechniquesforAchievingGoodQualityofService1.Overprovisioning

2.Buffering-Flowsbuffereddoesnotaffectthereliabilityorbandwidth,andincreasesthedelay,butitsmoothsoutthejitter.

3.TrafficShaping-aboutregulatingtheaveragerate(andburstiness)ofdatatransmission

4.TheLeakyBucketAlgorithm

BufferingSmoothingtheoutputstreambybufferingpackets.TheLeakyBucketAlgorithm(a)Aleakybucketwithwater.(b)aleakybucketwithpackets.PacketScheduling(a)ArouterwithfivepacketsqueuedforlineO.(b)Finishingtimesforthefivepackets.LabelSwitchingandMPLS

(MultiProtocolLabelSwitching)TransmittingaTCPsegmentusingIP,MPLS,andPPP.5.6TheNetworkLayerintheInternetTheIPProtocolIPAddressesInternetControlProtocolsOSPF–TheInteriorGatewayRoutingProtocolBGP–TheExteriorGatewayRoutingProtocolInternetMulticastingMobileIPIPv6NetworkDesign:top10principlesMakesureitworks.

Keepitsimple.Whenindoubt,usethesimplestsolution.Makeclearchoices.Havingtwoormorewaystodothesamethingislookingfortrouble.Exploitmodularity.Expectheterogeneity.Thenetworkdesignmustbesimple,general,andflexible.Avoidstaticoptionsandparameters.Ifparametersareunavoidable,itisbesttohavethesenderandreceivernegotiateavaluethandefiningfixedchoices.Lookforagooddesign;itneednotbeperfect.Thedesignersshouldgowiththegooddesignandputtheextraburdenonthepeoplewiththeweirdspecialrequirements.Bestrictwhensendingandtolerantwhenreceiving.Thinkaboutscalability.Considerperformanceandcost.Ifanetworkhaspoorperformanceoroutrageouscosts,nobodywilluseit.CollectionofSubnetworksTheInternetisaninterconnectedcollectionofmanynetworks.TheIPProtocolTheIPv4(InternetProtocol)header.(TypeofService:Priority(3bit)+Delay〔D〕+Throughput〔T〕+Reliability〔R〕SomeoftheIPoptions5-54IPAddressesIPaddressformats.classA,128networkswith16millionhostseach,classB,16,384networkswithupto64Khosts,classC,2millionnetworkswithupto256hosts.SpecialIPaddresses点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法那么进一步提高可读性1128

11331将每8bit的二进制数转换为十进制数常用的三种类别的IP地址IP地址的使用范围

网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数A126(27

–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254IP地址的一些重要特点

(1)IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号那么由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组〔而不考虑目的主机号〕，这样就可以使路由表中的工程数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。(2)实际上IP地址是标志一个主机〔或路由器〕和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomedhost)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络〔这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络〕，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。(3)用转发器或网桥连接起来的假设干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。(4)所有分配到网络号net-id的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。IP地址与硬件地址TCP报文IP数据报MAC帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上使用IP地址IP地址SubnetsAcampusnetworkconsistingofLANsforvariousdepartments.AclassBnetworksubnettedinto64subnetsthesubnetmaskcanbewrittenas.Alternativenotationis/22(indicatethatthesubnetmaskis22bitslong)IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>

划分子网的根本思路划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用假设干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了假设干个比特。但凡从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。最后就将IP数据报直接交付给目的主机。划分子网后变成了三级结构当没有划分子网时，IP地址是两级结构，地址的网络号字段也就是IP地址的“因特网局部〞，而主机号字段是IP地址的“本地局部〞。

划分子网后IP地址就变成了三级结构。划分子网只是将IP地址的本地局部进行再划分，而不改变IP地址的因特网局部。

从一个IP数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。

使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的子网局部。IP地址的各字段和子网掩码网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号net-idhost-id三级IP地址主机号subnet-id子网号子网掩码因特网局部本地局部因特网局部本地局部划分子网时的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id为全0(IP

地址)AND(子网掩码)=

网络地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号三级IP地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码因特网局部本地局部因特网局部本