2.1-第讲 网络层ppt课件

1、主讲人： 西安交通大学 程向前第第5讲讲 网络层网络层本讲目的: 理解网络层服务原理:路由选择处理系统的扩展路由器工作原理前沿话题 : IPv6, 组播因特网的实现实例教科书参考第6、7章概述:网络层的服务路由选择原理分层的路由选择IP协议因特网的路由选择协议域内路由选择域间路由选择路由器组成原理IPv6组播的路由选择主讲人： 西安交通大学 程向前网络服务模型网络服务模型Q: 对收发双方而言，到底采用什么样的“信道channel）” 服务模型?保证带宽?还原分组间的时序 (消除抖动)?无损传递?有序传递?向发送端反馈拥塞信息?虚电路虚电路或或 数据报数据报?网络层所提供的网络层所提供的最重要的

2、抽象是最重要的抽象是 :service abstraction主讲人： 西安交通大学 程向前网络层的功能网络层的功能r在收发主机之间传输分组 r网络层协议必须在每一台主机和路由器上实现r三项重要功能:r路径决策: 为分组在收发双方之间确定路径， 路由选择算法r交换: 在路由器的输入、输出端口传递分组r建立连接: 某些网络的体系结构要求在数据流经之前，在所经由的路由器中建立连接call setup）networkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetw

3、orkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysical主讲人： 西安交通大学 程向前虚电路虚电路r在数据流动前，需要建立连接call setup）,流动结束后要断开（ teardown ）r每个分组携带 VC标识 (而不是信宿主机的ID)r每个在收发双方路径上的路由器需要为正在传输中的连接维持

4、“状态”r传输层的连接仅涉及到两个端系统end system）r链路, 路由器资源 (带宽, 缓存等)可被分配 给 VCr目的：为了达到类似线路交换的性能“使收发双方之间的路径表现得如同电话线路一般”网络内部有较多的智能和性能指标沿收发路径上的网络结点的操作比较复杂主讲人： 西安交通大学 程向前虚电路虚电路: 信令协议信令协议signaling protocols）r用来建立、维护、断开 VCr应用在 ATM, 帧中继, X.25电信级服务）r不是应用在今天的 Internetapplicationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtran

5、sportnetworkdata linkphysical1. Initiate call2. incoming call3. Accept call4. Call connected5. Data flow begins6. Receive data主讲人： 西安交通大学 程向前数据报数据报Datagram ）网络）网络: 因特网模型因特网模型r在网络层没有联接建立过程r路由器: 没有端对端的连接状态r在网络层不存在“联接的概念r一般分组使用信宿主机的ID进行路由选择r同样收发双方的不同分组可能经由的路径可能不同applicationtransportnetworkdata linkphys

6、icalapplicationtransportnetworkdata linkphysical1. Send data2. Receive data主讲人： 西安交通大学 程向前网络层的服务模型网络层的服务模型:网络网络体系结构体系结构InternetATMATMATMATM效劳效劳模型模型best effortCBRVBRABRUBR带宽带宽noneconstantrateguaranteedrateguaranteed minimumnone无损无损noyesyesnono有序有序noyesyesyesyes实时实时noyesyesnono拥塞拥塞反响反响no (inferredvia

7、loss)nocongestionnocongestionyesno承诺承诺?rInternet 正在进化: Intserv, Diffserv主讲人： 西安交通大学 程向前数据报还是数据报还是VC网络网络: why?因特网数据交换在计算机之间进行“弹性效劳,没有严格的实时性要求 “聪明的端系统 (计算机)可进行自适应,执行控制, 出错恢复网络内部比较简单, “边缘上比较复杂利用了许多链路类型 各具有不同的特性统一服务标准十分困难ATM电话网络演化而来人们的交流: 严格要求实时性, 和可靠需要服务承诺“傻瓜式的端系统电话机复杂性在网络内部主讲人： 西安交通大学 程向前路由选择路由选择路由选择算

8、法的图形抽象:图中的结点是路由器图中的线条为物理链路链路成本: 延迟, ￥费用, 或拥塞的程度目的目的: 在收发双方的通信过程在收发双方的通信过程中为分组所经由的一系列路中为分组所经由的一系列路由器中确定一条由器中确定一条“好好” 的路的路径径路由选择协议路由选择协议AEDCBF2213112535r“好” 路:r一般为费用最低的路径r也可以另行定义主讲人： 西安交通大学 程向前路由算法分类路由算法分类全局或分散的信息?全局:所有路由器都有完整的拓扑逻辑,链路成本信息“link state” 算法分散: 路由器只了解物理上邻接的路由器，了解到达这些路由器的链路成本通过迭代计算处理,可与相邻路由

9、器交换信息“distance vector” 算法静态或动态的?静态: 路由变化较少的情况动态: 路由变化较快的情况定期更新为了响应链路成本的变化主讲人： 西安交通大学 程向前因特网的分层路由选择因特网的分层路由选择p200-）规模: 5千万台以上信宿主机:不可能把所有主机存在一个路由表中!路由表的交换可以把链路带宽用掉大半! 行政自治internet = network of networks万网之网）每个网管都会控制自身网络中的路由选择因特网不是一个理想化的网络，所以 不可能所有的路由器完全一样网络不在一个 “平面上主讲人： 西安交通大学 程向前因特网的分层路由选择因特网的分层路由选择r聚

10、合路由器可以形成分区, “自治系统(autonomous systems” ，AS)r在同一AS中的路由器运行同样的路由选择协议r“intra-AS” 路由选择 协议r不同AS中的路由器可以运行不同的intra-AS 路由选择协议rAS中的特殊路由器r与其他同一AS中的路由器使用intra-AS路由选择协议进行交往r同时负责同AS以外的信宿进行交往或路由选择r运行 inter-AS路由选择协议与其他的网关路由器进行交互网关路由器网关路由器主讲人： 西安交通大学 程向前Intra-AS和和Inter-AS路由选择路由选择网关网关:在网关服务器之间在网关服务器之间进行进行inter-AS 路由路由

11、选择选择在在AS内部进行内部进行 intra-AS 路由选择路由选择inter-AS, intra-AS routing in gateway A.cnetwork layerlink layerphysical layerabbaaCABdA.aA.cC.bB.acbc主讲人： 西安交通大学 程向前Intra-AS和和Inter-AS路由选择路由选择Host h2abbaaCABdcA.aA.cC.bB.acbHosth1Intra-AS routingwithin AS AInter-AS routingbetween A and BIntra-AS routingwithin AS Br

12、inter-AS和intra-AS因特网路由选择协议应用举例主讲人： 西安交通大学 程向前因特网网络层因特网网络层routingtable主机, 路由器的网络层功能:Routing protocolspath selectionRIP, OSPF, BGPIP protocoladdressing conventionsdatagram formatpacket handling conventionsICMP protocolerror reportingrouter “signaling”Transport layer: TCP, UDPLink layerphysical layerNe

13、tworklayer主讲人： 西安交通大学 程向前IP 寻址寻址:rIP 地址: 32-bit 用来定义主机,路由器的接口 r接口: 连接主机,路由器之间的物理链路r路由器一般有多个接口r主机也可能有多个网络接口rIP 地址只和接口有关, 而与主机,路由器却没有太多关联7 = 11011111 00000001 00000001 00000001223111主讲人： 西安交通大学 程向前IP寻址寻址

14、rIP 地址: r网络部分 (高序位)r主机部分 (低序位) r网络是什么 ? (从 IP 地址的视角)rIP地址中网络部分相同的设备接口r不经过路由器就可以物理上相互通达的设备7由3个 IP网络组成的网络(对于以223开头的 IP地址,前24位为网络地址 )LAN主讲人： 西安交通大学 程向前IP地址地址0networkhost10networkhost110networkhost1110multicast add

15、ressABCDclass to55 to55 to55 to5532 bits为讨论为讨论 “网络的说法网络的说法, 重新审视重新审视 IP地址地址:“分类” 编址:主讲人： 西安交通大学 程向前IP寻址寻址如何找到网络?先断开路由器,主机间的接口连接 建立一个“被隔离的网络孤岛”

16、7由由6个网络组成的个网络组成的互联系统互联系统主讲人： 西安交通大学 程向前IP编址编址: CIDRr分类编址分类编址: r地址空间的利用率低地址空间的利用率低, 地址空间面临耗尽地址空间面临耗尽re.g., 一个一个B类网址可以容纳类网址可以容纳65K台主机台主机, 但可能但可能被一个只有被一个只有2K 台主机的单位占据台主机的单位占据rCIDR: Classless InterDomain Routingr地址的网络部分长度任意地址的网络部分长度

17、任意r地址格式地址格式: a.b.c.d/x, 这里的这里的 x表示地址中网表示地址中网络部分的位数络部分的位数 # 11001000 00010111 00010000 00000000networkparthostpart/23主讲人： 西安交通大学 程向前IP地址地址: 如何获取如何获取?主机地址主机地址 (主机部分主机部分):由系统管理员编制和分配由系统管理员编制和分配DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: 动态获取动态获取: “plug-and-play”主机广播主机广播 “DHCP discover” 报文报文DH

18、CP服务器用服务器用 “DHCP offer报文响应报文响应主机请求主机请求IP地址：地址： “DHCP request” 报文报文DHCP服务器发送地址服务器发送地址: “DHCP ack” 报文报文 主讲人： 西安交通大学 程向前IP编址编址: 言犹未尽言犹未尽.Q: ISP 如何得到整块的地址如何得到整块的地址?A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers分配地址分配地址管理管理DNS批域名批域名,解纷争解纷争主讲人： 西安交通大学 程向前分组的旅行过程分组的旅行过程IP分组: 223.1.1

19、.27ABEmiscfieldssourceIP addrdestIP addrdatar在旅行过程中分组保持不变r Dest. Net. next router Nhops223.1.1 1223.1.2 2223.1.3 2routing table in A主讲人： 西安交通大学 程向前分组的旅行过程分组的旅行过程22

20、7ABE由 A发送分组到 B:检查B的网络地址部分发现B与A在同一网络中链路层把分组放在链路层的帧中直接发给BB 和 A 是直接相连的 Dest. Net. next router Nhops223.1.1 1223.1.2 2223.1.3 2miscfields data主讲人： 西安交通大学 程向前分组的旅行过程分组的旅行过程223