《计算机网络原理与技术(第二版)》第5章网络层PPT文档格式.pptx

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,虚电路的原理,z每一条物理信道被看成是由多条逻辑信道组成，逻辑信道在节点内部使用逻辑信道号进行区分。

z逻辑信道与网络连接一一对应，因而在节点内部可用逻辑信道号区分不同的网络连接。

z从源节点到目的节点的网络连接由它所经过的各条物理信道中的对应逻辑信道组成，这条逻辑通路称为虚电路。

虚电路中各条逻辑信道的编号可能不同。

z节点内部要记录每条经过它的网络连接所使用的物理线路和逻辑信道，这就是虚电路表。

虚电路的建立与分组转发,z虚电路的建立：

y源节点发送一个连接建立分组，携带完整的源地址和目的地址，以及源节点与源路由器之间线路上的一个虚电路号。

y每个中间节点根据目的地址查找路由表，选择一条合适的输出线路，在输出线路上选择一个当前未用的虚电路号，替换分组头中的虚电路号，并在节点的虚电路表中记录下这条连接，然后从输出线路上转发分组。

y该过程不断重复直至到达目的节点，目的节点发送一个连接确认分组，分组沿相反路径返回源节点，全双工的虚电路就建立起来了。

z分组转发：

y每个分组携带相应的虚电路号，中间节点用输入线路和输入虚电路号查找虚电路表，用输出虚电路号替换分组头中的虚电路号，并从输出线路上转发分组，该过程不断重复直至到达目的节点。

虚电路建立示例,虚电路与数据报的比较,2.路由,z路由表是由路由算法建立起来的一张表，通常包含了从目的地址到分组转发路径上下一跳（nexthop）地址的映射。

z路由问题描述为：

给定一组路由器和连接路由器的一组链路，寻找一条从源路由器到目的路由器的最佳路径。

z最佳路径：

从源路由器到目的路由器代价最小的路径。

路由算法分类,z全局路由算法和分布式路由算法y全局路由算法：

使用全局状态信息，易于获得较优路径，状态交换需要消耗较多的带宽。

y分布式路由算法：

使用局部状态信息，一般不容易获得最佳路径，但状态交换消耗的带宽较少。

z静态（非自适应）路由算法与动态（自适应）路由算法：

y静态路由算法：

预先计算好路由表，下载到路由器中，此后不再改变。

算法简单，适应性差。

y动态路由算法：

根据网络当前的拓扑结构和流量计算路由表。

适应性强，算法复杂，实现难度大，易引起路由循环和路由振荡。

2.1距离矢量路由算法,z路由问题本质上是图论中的一个问题：

找出任意两个节点之间代价最小的路径。

z对于源节点x来说，即是寻找一个直接邻居p，满足：

dx（y）=minpc（x,p）+dp（y），pN（x）（Bellman-Ford方程）其中，y是目的节点，N（x）是x的邻居集合，dx（y）为从x到y的最小代价路径的代价，c（x,p）为x到其直接邻居p的链路代价。

z距离矢量（DV）算法采用Bellman-Ford方程求解任意两个节点之间代价最小的路径，因此DV算法也称为分布式Bellman-Ford算法。

用一个图表示的网络,DV算法思想,z每个节点估计到邻居节点之间的“距离”（代价）。

z每个节点维护一张路由表，网络中每个节点在表中占据一个表项并作为该表项的索引，每个表项包括：

。

z每个节点定期和邻居节点交换路由表中的距离矢量部分。

z若某个节点x与邻居p的距离为m（即c（x,p）），p发布的距离矢量中py表示节点p与y之间的距离（即dp（y），则x判断自己通过p到达y的距离为m+py。

利用每个邻居节点发来的距离矢量进行同样计算，x可以找到到达y的最佳输出线路。

同样可以找到到达所有其它节点的最佳输出线路，更新路由表。

DV算法举例,计数到无穷问题,2.2链路状态路由算法,z基本思想：

y每个节点利用可靠方法获得全网拓扑信息，抽象成一张带权图，利用图论的方法求到各个目的节点的最短路径。

z链路状态（LS）路由算法包括以下五个部分：

y发现邻居，获知邻居的网络地址；

y测量到每个邻居的延时；

y将以上信息构造成链路状态分组；

y向所有节点发送链路状态分组；

y计算到每个节点的最短路径。

链路状态路由算法（续）,z发现邻居y每个节点定期在与之相连的每条输出线路上发送特殊的询问分组，要求线路另一端的节点用自己的网络地址进行响应。

z测量链路代价y每个节点估算与之相连链路的代价。

z构造链路状态分组y在收集了全部的邻居信息及链路代价后，构造链路状态分组。

z发送链路状态分组y采用扩散法发送，并使用序号及寿命限制分组的无限转发。

z计算新路由y在收集到全部的链路状态信息后，建立通信子网图，运行Dijkstra算法求到各目的顶点的最短路径，更新路由表。

链路状态分组格式,LS算法的优缺点,z每个节点只发布与它直接相连的链路的状态，可靠性高。

z每个节点在计算路由时依据的是全局状态信息，易于得到最佳路由。

z需要较大的存储空间存放所有节点发来的链路状态分组，路由计算时间长，不适用于大规模网络。

2.3层次路由,z将路由器划分到不同的区域中，各区域内的路由器只负责本区域内的分组转发，目的地址不在本区域内的分组交给指定的区域路由器处理。

z一个两级网络的例子。

z划分区域的一种很自然的方法是按管理域（也称自治域，AS）进行划分。

一个两级网络的示例,自治域分区,z对于较大的自治域，还可以进一步将自治域划分成区（area），区是从管理上配置成相互交换路由信息的路由器的集合。

域间路由,z域间路由的复杂性：

y因特网规模庞大且结构复杂；

y每个域可运行自己的内部路由协议，并使用自己的代价计算方案；

y一个域可能不信任来自某个域的路由信息；

y一个域可能不愿意为其它域转发分组。

z域间路由只能是找到一条可达的路径，找到最优路径是不可能的。

z域间路由以AS枚举列表的形式通知到达某个特定网络的完全路径，以防止建立带环的路径。

一个域间路由的例子,分级路由的利与弊,z分级路由可显著减小路由表的大小，减少由路由信息交换带来的通信量，但选择的路由可能不是最佳的。

z分级路由实际上是在路由的可扩展性以及路由选择优化之间进行权衡。

z在大型网络中，可扩展性永远比最优化重要得多。

2.4广播路由,z实现广播发送的方法：

yN次单播：

向每一个目的主机单独发送。

实现简单，但浪费带宽，而且要求源主机知道所有目的主机。

y扩散法：

可靠性高，但会产生较多分组拷贝，需要有限制扩散的措施。

y多目的路由：

当多个目的地址使用同一条输出线路时，只在线路上发送一个分组拷贝。

节省带宽，但仍要求源主机知道所有目的主机。

y使用以源节点为根的生成树：

生成的分组拷贝最少，但要求路由器知道通信子网的拓扑结构。

y反向路径转发：

只使用节点的单播路由表转发广播分组，不需要生成树的知识，也不需要知道所有的目的主机。

反向路径转发,z基本思想：

y当广播分组到达路由器时，路由器检查分组的源地址与输入线路；

y若输入线路与单播路由表中去往该地址的输出线路相同，扩散该分组，否则丢弃分组。

z优点：

y算法合理、有效、易于实现且开销不大。

反向路径转发的例子,2.5互联网中的多播传输,z基本思想：

y所有欲接收相同分组的节点构成一个多播组，每个组分配一个唯一的多播地址，发往该组的分组均以该多播地址为目的地址。

y任何一个主机可以选择加入或离开这个组，组管理协议负责建立、维护和删除多播组。

y多播路由协议负责为每个组建立多播转发树（可到达该组所有成员主机的路径树）。

y当多播分组到达中间路由器时，中间路由器根据对应的多播树转发分组。

y当多播分组到达“最后一跳”路由器时，使用物理网络的底层多播功能将分组发送到目的主机。

扩展LS算法实现多播路由,z所有参与多播的主机定期在局域网上通报其所属的多播组。

z路由器将每条直连链路上对应的多播组集合作为链路状态在网上广播。

z每个路由器可计算出从任一源节点到每个多播组的最短路径多播树。

z实际中，路由器只计算并缓存当前活跃的所对应的最短路径多播树。

扩展DV算法实现多播路由,z需要一种广播转发机制，确保多播分组能够到达每一个局域网，可使用反向路径转发。

z需要设计一种路径剪枝机制，将不包含组成员主机的网络排除在外：

y参与多播的主机定期在局域网上通报所属的多播组。

y局域网上的路由器记录这些信息，当路由器收到发往组G的多播分组但它并没有从局域网上监听到组G的报告时，向上游路由器发送一个剪枝消息，上游路由器从路径树中删除该分枝。

y如果一个路由器从它的每个下游路由器都收到剪枝消息，则向其上游路由器转发剪枝消息。

y该过程递归进行，直至所有的无关分支都被删除，最终得到一棵以源S为根的组G的多播树。

z可扩展性差，浪费带宽。

基于核心的多播树,z每个多播组只建立一棵由所有组成员共享的多播树，核心即为树根节点。

z当需要向该组发送多播分组时，多播分组首先被发送到核心节点，然后由核心节点转发。

z该方法减少了内存消耗，但分组转发路径可能不是最优的，这是共享树为实现可扩展性而付出的性能代价。

协议无关多播路由算法PIM,zProtocol-IndependentMulticast（PIM）：

yPIMDenseModel：

区域中许多或大多数路由器涉及多播路由过程，采用广播与剪枝相结合的多播路由算法，类似于DVMRP的思想。

yPIMSparseModel：

只有很小一部分路由器涉及多播路由过程，采用共享树的方法，但当源节点的数据流量比较大时，可以从共享树切换到特定源树，以提高分组转发的效率。

PIM稀疏模式,z每个多播组选择一个汇集点（RP），每个路由器都知道某个给定多播组的RP的单播地址。

z当路由器S从所在的局域网上监听到多播组G的通报时，S用单播方式向组G的RP发送一个Join消息。

z沿途的路由器均在转发表中创建一条共享树的记录，join消息到达的接口被标记为转发多播组G的分组的接口，向RP进一步转发join消息的接口被标记为本节点允许接收多播组G的分组的唯一接口。

z当join消息到达RP时，就完成了从S到RP的分支建立过程。

z随着更多的路由器向RP发送join消息，新的分支被添加到共享树上，最终形成一棵以RP为根的共享树。

z当树的下游路由器观察到从某个源主机发来的数据量很大时，可以向源主机发送一个join消息，join消息按最短路径传向源节点，沿途每个路由器在转发表中创建树的状态，最终得到一棵以源节点为根的多播转发树。

共享树与特定源树,3.拥塞控制,z什么是拥塞y大量分组在短时间内进入通信子网并由此造成网络处理能力下降的现象。

z拥塞发生的原因y负载超出了网络的处理能力。

网络的处理能力指节点的存储能力（内存容量）、计算能力（CPU速度）和数据传输能力（线路带宽），这些能力也称为网络