计算机网络技术基础--第2章 计算机网络低层协议.ppt

1、第二章 计算机网络低层协议,计算机网络上主要使用哪些协议？ 计算机网络是如何工作的？,2.1 物理层 2.2 数据链路层 2.3 面向比特的链路控制规程（HDLC） 2.4 网络层 2.5 拥塞控制,本章主要内容,第2章 计算机网络低层协议,本节主要内容 2.1.1 物理层的基本概念 2.1.2 物理层下的传输媒体 2.1.3 物理层协议举例,2.1 物理层,物理层研究的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。 物理层协议主要解决的是主机、工作站等数据终端设备与通信线路上的通信设备之间的接口问题。,2.1.1 物理层的基本概念,

2、物理层是OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，是开放系统和物理传输介质的接口，向上相邻且服务于数据链路层。是整个开放系统的基础，它是惟一直接提供原始比特流传输的层。, 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。 电气特性：指明在接口电缆的线路上出现的电压、电流等范围。 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压信号表示何种意义，通信过程中完成何种功能。 规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序，是功能事件时序的描述。,2.1.1 物理层的基本概念,物理层有4个特性：,2.1.1 物理层下的传输媒体,有线传输介质,传输介质,无线传输介

3、质,双绞线 同轴电缆 光纤,无线电波 红外线 微波 激光 卫星,将信号约束在一个物理导体之内,不能将信号约束在某个空间范围之内，故又被称为无界介质、非导向传输介质,双绞线,同轴电缆,光纤,2.1.1 物理层下的传输媒体,双绞线电缆概述,1.双绞线,(a) Category 3 UTP. (b) Category 5 UTP.,1.双绞线,双绞线,1.双绞线,双绞线,蓝色,橙色,绿色,棕色,4对UTP电缆的4对线具有不同的颜色标记，每个线对都有两根导线。其中一根导线的颜色为线对的颜色加一个白色条纹，另一根导线的颜色是白色底色加线对颜色的条纹。,1.双绞线,非屏蔽双绞线（UTP）,屏蔽双绞线（ST

4、P）,1.双绞线,双绞线电缆的分类,AMPSYSTEMSCABLEE138034010024AWG(UL)CMR/MPRORC(UL)PCCFT4-VERIFIEDETLCAT5e044766FT0507,电缆护套上的文字,1.双绞线,4对非屏蔽双绞线电缆结构图,导线,双绞线对,外皮,拉绳：外皮下面,超5类4对S-FTP截面图,1.双绞线,双绞线的连接器件,1.双绞线,双绞线的线序标准,橙绿蓝棕，顺序铺开； 花线在前，46交叉。,助记：,左边=,1.双绞线,双绞线的线序标准,绿橙蓝棕，顺序铺开； 花线在前，46交叉。,助记：,左边=,1.双绞线,端1,端2,白橙,白橙,橙,橙,白绿,白绿,蓝,

5、白蓝,绿,白棕,棕,蓝,白蓝,绿,白棕,棕,直通线线序：两端均采用568B标准。,直通线一般用来连接异型设备， 如计算机和交换机之间的连接。,双绞线跳线的类型,1.双绞线,双绞线跳线的类型,端1,端2,白橙,白绿,橙,绿,白绿,白橙,蓝,白蓝,绿,白棕,棕,蓝,白蓝,橙,白棕,棕,交叉线线序：一端采用568B标准，另一端采用568A标准。,交叉线一般用来连接同种设备， 如两台计算机之间的连接。,1.双绞线,双绞线跳线的类型,端1,端2,白橙,棕,橙,白棕,白绿,绿,蓝,白蓝,绿,白棕,棕,白蓝,蓝,白绿,白橙,全反线线序：采用568B标准，两端顺序相反。,全反线主要用于路由器或交换机的Cons

6、ole端口与计算机COM端口的连接。,橙,1.双绞线,相关图片,2.同轴电缆,2.同轴电缆,同轴电缆的结构,中央铜导线,绝缘层,网状金属屏蔽层,塑料保护外皮,传输电磁信号,将铜线与金属屏蔽物隔开,屏蔽噪声、 隔离外来的电信号,结构,2.同轴电缆,同轴电缆,按导体粗细的不同,按传输信号特性,粗缆,细缆,基带同轴电缆,宽带同轴电缆,同轴电缆的分类,2.同轴电缆,直径1.27厘米，传输距离为500米（10Base5）。,直径为0.635厘米，传输距离为185米（10Base2），,粗缆连接器,2.同轴电缆,细缆连接器,N型连接器,（a） BNC头 （b） BNC T型头 BNC型连接器,细缆连接器,

7、2.同轴电缆,3.光缆,光纤通信中，传输数据的介质是光导纤维简称光纤，介质中传输的信号是激光(或荧光)，即光信号。,光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。,3.光缆,光纤中光的传输,3.光缆,（1）物理特性,3.光缆,光纤的分类,3.光缆,(详见课本P33),3.光缆,光电转换,光纤的信息传输原理,（2）传输特性（详见课本P33）,3

8、.光缆,（3）连通性 光纤最普遍的连接方式是点点方式，但是在某些实验系统中，也可以采用多点连接方法。 （4）地理范围 光纤信号衰减极小，它可以在6km8km的距离内，在不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输。 （5）抗干扰性 光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率的传输中保持低误码率。 （6）价格 目前，光纤价格高于同轴电缆与双绞线。,3.光缆,光纤使用的连接器件,（a） ST （b） SC （c） FC,（a） ST光纤连接器 （b） SC光纤连接器 （c） FC光纤连接器 （d） LC光纤连接器,3.光缆,与光连接的设备,光纤收发器 光接口网卡 带光纤接口的交换机,3.光

9、缆,4、红外传输,不能有阻断,5、微波通信,频率范围300MHz-300GHz，主要是使用2GHz-40GHz 直线传播 一般的传输距离50km,2.1.1 物理层下的传输媒体,地面微波接力,在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用； 通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的影响； 两个地面站之间传送，距离为50 100 km；,6、激光通信,工作频率范围1014Hz-1015Hz,7、卫星通信,卫星位于36000km地球同步轨道上 覆盖区跨度18000km 传播时延250ms-300ms,2.1.1 物理层下的传输媒体,卫星通信,优点： 通信距离远，在电波覆盖范围内，任何一处都可以通信

10、，且通信费用与通信距离无关。 受陆地灾害影响小，可靠性高； 易于实现广播通信和多址通信； 缺点： 通信费用高，延时较大； 10GHZ以上衰减较大； 易受太阳噪声的干扰；,C波段 4/6 GHz 上行5.9256.425 GHz 下行3.74.2 GHz KU波段 11/14 GHz 上行1414.5 GHz 下行11.712.2 GHz,地球同步卫星,从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置三颗相隔120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。 为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于2度，因此，整个赤道上空只能放置180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥有1220个转发器。每个

11、转发器的频带宽度为36或72MHz。,2.1.3 物理层协议举例,1. EIA RS-232-C 接口标准,该标准是1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口标准。,(1)机械特性 使用9根引脚与25根引脚，在PC的后面分别为COM1、COM2口 （2）电气特性 逻辑“1”-15V-5V，逻辑“0”为+5V +15V 当连接长度不超过15米时，允许速率不超过20kbit/s （3）功能特性 （4）规程特性,2.1.3 物理层协议举例,RS-232接口使用图例,2、RS-499接口标准,由3个标准组成 （1）RS-499 （2）RS-423A。采用非平衡传输方式。传输距离可达90M，最大速

12、率可达100kbps （3）RS-422A。采用平衡传输方式。在15M内传输速率可达10Mbps，若传输速率降到90kbps，最大传输距离可达1200M。,2.1.3 物理层协议举例,本节主要内容 2.2.1 停止等待协议 2.2.2 连续ARQ协议 2.2.3 流量控制,2.2 数据链路层,在不太可靠的物理链路上透明地传输以帧为单位的数据； 将物理层提供的可能出错的物理链路，通过一些规则与规程，将其改造为逻辑上无差错的数据链路； 数据链路层最基本的服务是在网络的相邻的两个结点间进行可靠的传输。,2.2 数据链路层,具体功能(详见课本P38） (1)链路管理：当网络中的两个结点进行通信时，发送

13、方必须确知接收方是否已处在准备接收状态。 (2)帧同步：数据链路层，数据传送的单位是帧。 (3)流量控制：协调发送方与接收方的工作。 (4)差错控制：接收方可通过校验帧的差错编码，判断接收到的帧是否有差错。 (5)透明传输：所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。 (6)寻址：在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站。,2.2 数据链路层,1. 不需要数据链路层协议的数据传输 当两个主机进行通信时，应用进程要将数据从应用层逐层往下传，经物理层到达通信线路。通信线路将数据传到远端主机的物理层后，再逐层向上传，最后由应用层交给远程的应用进程。但现在为了把主要

14、精力放在数据链路层的协议上，因此可以采用一个简化的模型，即把数据链路层以上的各层用一个主机来代替，而物理层和通信线路则等效成一条简单的链路，如下图所示。,2.2.1 停止等待协议,2.2.1 停止等待协议,网络两个结点数据链路层进行通信的模型,1. 不需要数据链路层协议的数据传输,假定：链路是理想的传输信道（理想链路）：其一，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失；其二，发送方不管以多快的速率发送数据，接收方都能及时准确地接收。,2.2.1 停止等待协议,在发送结点：,(1) 从主机取一个数据帧； (2) 将数据帧送到数据链路层的发送缓存； (3) 将发送缓存中的数据发送出去； (4) 从主机

15、取一个新的数据帧，然后转到(2),2.2.1 停止等待协议,在接收结点：,(1) 等待； (2) 若收到由发送结点发过来的数据帧,则将其放入 数据链路层的接收缓存； (3) 将接收缓存中的数据帧上交主机； (4) 转到(1).,2.2.1 停止等待协议,A,B,DATA,DATA,DATA,DATA,送主机 B,送主机 B,送主机 B,送主机 B,时 间,不需要流量控制,2.2.1 停止等待协议,否认帧（NAK） 确认帧（ACK） 自动请求重传（ARQ）,实际网络环境（详见课本P39）,在传输过程中不出差错的情况下，收方在收到一个正确的数据帧后，即交付给主机B，同时向主机A发送一个确认帧ACK

16、。当主机A收到确认帧ACK后才能发送一个新的数据帧。这样就实现了收方对发方的流量控制。,A,B,DATA,送主机 B,DATA,送主机 B,需要流量控制,2. 具有最简单流量控制的数据链路层协议,2.2.1 停止等待协议,存在问题： （1）如果发送方发送的数据帧丢失，接收方接收不到数据帧，也就不会返回确认帧，则造成发送方永久等待。 （2）如果接收方的确认帧丢失，同样会造成发送方的永久等待。 （3）如果确认帧在传输过程出现错误，会引起发送方的错误判断，造成协议失效。,2.2.1 停止等待协议,2. 具有最简单流量控制的数据链路层协议,2.2.1 停止等待协议,3. 自动请求重传（ARQ）停止等待

17、协议,工作原理 （四种情况）,连续ARQ协议的工作过程,由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。,在发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。,如果这时收到了接收端发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。,2.2.2 连续ARQ协议,时间,2.2.2 连续ARQ协议,详细说明见课本P41,要注意两点： （1）接收端只按序接收数据帧。 （2）结点A在每发送完每一个数据帧时都要设置超时计时器。,2.2.2 连续ARQ协议,链路层的流量控制是通信双方能协调工作的保障,如果没有合理的流量控制手段,可能造成数据丢失。 增加缓存是方法之一。 经常使用的流量控制方法有X

18、ON/XOFF与窗口机制 下面主要介绍窗口机制,2.2.3 流量控制,连续ARQ协议发送方是不能无限制地发送数据帧的，主要因为： 1、由于发送的数据帧都未被确认，需要在发送方缓存中保留副本，以备重传。计算机的资源是有限的，缓存容量不能无限制地增加。 2、发送数据帧过多，一旦有一帧出现错误，可能有很多帧需要重传，造成很大的浪费，增加了很多不必要的开销。 3、为了对连续发送的大量数据帧进行编号，每帧的发送序号也要占用较多的比特，又增加了一定的开销。 因此需要对此协议中连续发送的未被确认的帧数做一定的限制，这就是滑动窗口协议。,2.2.3 流量控制,可以双向通信，接收方既可以单独发送确认帧也可以采用

19、“捎带确认”的方法。 滑动窗口协议的规定 （1）每一个发送的帧都包含一个序列号，范围从0到某个最大值； （2）有一个发送窗口放置允许发送的帧；一个接收窗口，对应于允许接收的帧。 （3）发送窗口随着发送帧的被确认，向前滑动；接收窗口随着接收帧上交给网络层而向前滑动。 （4）发送方为发送的帧设置定时器，若在规定的时间内没有收到确认帧，则认为超时。发送方就要重传已经超时的帧。,滑动窗口协议,滑动窗口的概念,发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。 发送窗口用来对发送端进行流量控制。 发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。,滑动窗口协议,发送窗口内

20、的帧是允许发送的帧,而不考虑 有没有收到确认. 每发送完一个帧,允许发送的帧数就减1. 如果所允许发送的N个帧都发送完了,但还没 有收到任何确认,那就不能再发送任何帧了. 每收到一个帧的确认,发送窗口就向前(向右) 滑动一个帧的位置.,发送窗口的规则,滑动窗口协议,4.2 基本的数据链路层协议,在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。 若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。 在连续 ARQ 协议中，接收窗口的大小 WR = 1。 只有当收到的帧的序号与接收窗口一致时才能接收该帧。否则，就丢弃它。 每收到一个序号正确的帧，接收窗口就向前（即向右方）滑动

21、一个帧的位置。同时发送对该帧的确认。,接收窗口的规则,滑动窗口协议,滑动窗口协议,滑动窗口协议,为了进一步提高信道的利用率，可以设法只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的数据帧。但在这种情况下，必须加大接收窗口，以便先收下发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧。等到所缺序号的数据帧收到之后再一并送交主机。这就是选择重传ARQ协议。,选择重传ARQ协议,由此，改进连续ARQ协议，提出滑动窗口协议。 设：发送序号用3位比特来编码；WT=5，WR=1,发送方,发送窗口WT=5 （允许发送04号帧）,接收方,接收窗口WR=1 （准备接收0号帧）,刚开始发送时的情况,2.2.3 流量控制,发送方

22、,已收到确认 （允许发送15号帧）,接收方,已收到0号帧 （准备接收1号帧）,接收方发送确认帧,2.2.3 流量控制,发送方,已接收确认 （允许发送40号帧）,接收方,已收到03号帧 （准备接收4号帧）,接收方确认,2.2.3 流量控制,双绞线线缆及其制作,2.3 面向比特的链路控制规程(HDLC),2.3.1 HDLC概述 常用两类协议：面向字符的链路控制协议与面向比特的链路控制协议。 面向字符的链路控制协议 面向字符就是说在链路上所传送的数据必须是由规定字符集（例如ASCII码）中的字符所组成的。同时在链路上传送的控制信息也必须由同一个字符集中的若干规定的控制字符构成。例如：BISYNC。

23、 弱点：通信线路利用率低，可靠性差，通用性不强，扩展能力弱。 面向比特的链路控制协议 面向比特的链路控制规程则采用带填充位的首尾标志将一组比特封装成帧，通过定义不同类型的帧格式，实现链路层的功能。例如：HDLC。,通信站类型,通信站类型：主站、次站和复合站。 链路结构：非平衡配置链路结构、 平衡配置链路结构。,2.3 面向比特的链路控制规程(HDLC),非平衡配置链路结构,平衡配置链路结构,2.3 面向比特的链路控制规程(HDLC),正常响应方式NRM 异步平衡方式ABM 异步响应方式ARM,数据响应方式,2.3 面向比特的链路控制规程(HDLC),2.3.2 HDLC的帧结构,HDLC帧由标

24、志字段、地址字段、控制字段、信息字段和帧校验字段构成。每字段的字节数由协议规定。有3种类型的帧：信息帧、监控帧与无编号帧。它们的简称分别是 I （Infomation），S （Supervisory）和 U （Unnumbered）。,1、标志字段,在一个帧的开头和结尾各放入一个特殊的标记，作为一个帧的边界。这个标志称为标志字段F。 帧标志位: 01111110 信息中出现与标志位相同的情况的处理=零比特填充法 发送端在出现连续5个1时在其后插入1个0，在接收端5个连续1后的“0”删除。,2.3.2 HDLC的帧结构,2.3.2 HDLC的帧结构,8个比特。在使用非平衡方式传送数据时，地址字段

25、总是写入次站的地址。但在平衡方式时，地址字段总是填入应答站的地址。全1地址是广播方式，而全0地址是无效地址。 地址可扩展，当某个地址字段的第1位为0时，则表示下一个地址字段的后7位也是地址位。当这个地址字段的第1位为1时，则表示这已是最后一个地址字段了。,2、地址字段,2.3.2 HDLC的帧结构,3、信息字段,从网络层交下来的分组，变成为数据链路层的 数据，信息字段的长度没有具体规定。,4、帧校验,帧校验系列（Frame Check Sequence,FCS）字段共占16个比特。采用CRC-CCITT，也就是x16+x12+x5+1，从地址字段的第1个比特起，到信息字段的最末1个比特为止。,

26、2.3.2 HDLC的帧结构,第5比特是询问/终止（Poll/Final）比特。,5控制字段(详见课本P44P45） （1）信息帧（2）监督帧（3）无编号帧,2.3.2 HDLC的帧结构,（1）信息帧 （2）监督帧,2.3.2 HDLC的帧结构,（3）无编号帧,无编号帧的名称和代码,名 称,B3B4B6B7B8,记忆符,置正常响应模式,00001,SNRM,置异步响应模式/断开方式,11000,SARM/DM,置异步平衡模式,11100,SABM,置扩充正常响应模式,11011,SNRME,置扩充异步响应模式,11010,SARME,置扩充异步平衡模式,11110,SABME,断链/请求断链,

27、00010,DISC/RD,置初始化/请求初始化方式,10000,SIM/RIM,无编号探询,00100,UP,无编号信息,00000,UI,交换识别,11101,XID,复位,11001,RESET,帧拒绝,10001,FRMR,无编号确认,00110,UA,2.3.2 HDLC的帧结构,本节主要内容 2.4.1 广域网的概念 2.4.2 网络层提供的服务 2.4.3 路由选择机制 2.4.4 路由选择的一般原理,2.4 网络层,2.4.1 广域网的概念 网络层是广域网涉及的概念，局域网基本上不需要网络层。 网络层，即OSI模型的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何

28、将数据从发送方路由到接收方。 注意：所谓路由就是将数据包从一个网段转发到另一个网段。,2.4 网络层,广域网,主要问题：网络层 路由选择：通过哪条通路将数据从源主机传到所要通信的目的主机 流量控制,2.4.1 广域网的概念,OSI模型的7层结构,2.4.1 广域网的概念,指在数据传输之前双方需要为此建立一种连接，然后在该连接上实现有次序的分组传输，直到数据传输完毕才释放连接。 ATM网络提供连接服务,不需要为数据传输事先建立连接，其只提供简单的源和目的之间的数据发送与接收功能。因特网提供无连接服务,面向连接的服务,无连接的服务,2.4.2 网络层提供的服务,无连接的网络服务数据报服务（Data

29、gram） 面向连接的网络服务虚电路服务（Virtual Circuit）,2.4.2 网络层提供的服务,无连接的网络服务数据报服务（Datagram） 面向连接的网络服务虚电路服务（Virtual Circuit） 1、数据报服务:主机可随时发送数据； 分组独立地选择路由。 当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可以将一些分组丢弃。 数据报提供的服务是不可靠的，不能保证服务质量，是一种“尽最大努力交付”的服务。,2.4.2 网络层提供的服务,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,H1,H2,IP 数据报,丢失,H1 发送给 H2 的分组可能沿着不

30、同路径传送,1、数据报服务,2.4.2 网络层提供的服务,尽最大努力交付的好处,由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。 如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的传输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。,2.4.2 网络层提供的服务,2、虚电路服务：先发出虚呼叫，建立一条虚电路，所有分组都必须沿着这条虚电路传送，完成后虚电路释放。保证服

31、务质量。,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层,H1,H2,虚电路,H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送,2.4.2 网络层提供的服务,虚电路是逻辑连接,虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。 请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。,2.4.2 网络层提供的服务,虚电路的特点,虚电路建立后在有关的交换结点预先保留一定数量的缓冲区，作为对分组的存储转发之用。 分组不会因网络出现拥塞而丢

32、失（因结点预留了缓冲区），而且这些分组到达目的站的顺序与发送时的顺序一致。 因此，虚电路对通信的服务质量有比较好的保证。,2.4.2 网络层提供的服务,网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关。 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。,因特网采用的设计思路,2.4.2 网络层提供的服务,虚电路和数据报方式主要特点的比较,2.4.2 网络层提供的服务,广域网在给接入到网络的每一台计算机进行编址时，采用

33、层次结构的编址方案。 最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机。 分为前后两个部分： 分组交换机 连接在分组交换机上的计算机。 转发分组时，只使用第一部分的地址，在分组到达目的计算机相连的结点交换机时，才检查第二部分的地址。,2.4.3 路由选择机制,2.4.3 路由选择机制,当主机 A 要向另一个主机 B 发送数据报时，先要检查目的主机 B 是否与源主机 A 连接在同一个网络上。 如果是，就将数据报直接交付给目的主机 B 而不需要通过路由器。 但如果目的主机与源主机 A 不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上

34、的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。,直接投递和间接投递,直接投递和间接投递,IP数据报的转发分成两种形式,计算机的编址和网络层结点交换机的路由表,进一步简化,2.4.3 路由选择机制,1理想的路由算法 （1）算法必须是正确的和完整的 数据能正确到达目标 （2）算法在计算上应简单 最小开销和简单算法 （3）算法应能适应通信量和网络拓扑的变化 网络出现异常也能正确传送数据,2.4.4 路由选择的一般原理,1理想的路由算法 （4）算法应具有稳定性 同一数据源的报文尽可能路径一样 （5）算法应是公平的 对各种服务和用户都是公平的 （6）算法应是最

35、佳的 对一种服务能够提供链路费用（长度、延时、带宽、数据传输速度等）最低，额外开销最小的路由选择。,2.4.4 路由选择的一般原理,2路由算法的分类 （1）非自适应路由选择 固定路由算法 分散通信量法 洪泛法 随机走动法 （2）自适应路由选择 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略,2.4.4 路由选择的一般原理,固定路由算法,在每个结点上保持一张路由表。 在整个系统进行配置时生成路由表，并且在以后相当一段时间内保持固定不变。 作法：将网络中任何两个结点之间的最短通路计算好，由算法求出最短通路树目的结点和后继结点。 当网络拓扑不变并且通信量也相对稳定时采用本算法最好。,2.

36、4.4 路由选择的一般原理,最短路径算法,最短路径算法网络示例,最短路径树和路由表,分散通信量法,事先在每个结点的内存中设置一张路由表，在表中给出几个可供采用的输出链路，并对每条链路赋予一个概率。当分组到达该点时，该结点产生一个0-0.99的随机数，然后按照随机数的大小，查表找出相应的输出链路。 特点：使网内的通信量更加平衡，从而得到较小的平均分组时延。,2.4.4 路由选择的一般原理,洪泛法,在某个结点收到一个不是它发给的分组时，就向所有与此结点相连的链路转发出去，多条并行的发送路由中，一定会有一条是最佳的。 当网络的通信量很小时，洪泛法可使分组的时延为最小。 洪泛法易出现“振荡”现象；会使

37、分组的数目迅速增长，导致网络拥塞。 解决的方法是设置一个计数器，当达到规定值时，将超时的分组丢掉。 良好的隐蔽性，适用军网,2.4.4 路由选择的一般原理,示意图,随机走动法,当分组到达某个结点时就随机地选择一条链路作为转发的路由。 当遇到结点或链路出现故障时，该法很有效。 具有良好的稳健性。,2.4.4 路由选择的一般原理,自适应路由选择算法,该算法能够适应通信量和网络拓扑的变化，当网络中的通信量发生变化或某些结点、链路发生故障时，算法应能够自适应地改变路由。 包括： 分布式路由选择策略 集中式路由选择策略 混合式路由选择策略,2.4.4 路由选择的一般原理,分布式路由选择策略,每个结点周期

38、性地从相邻的结点获得网络状态信息，同时本结点周期性地通知周围的各结点有关结点的信息，所有结点不断地根据网络新的状态更新其路由选择决定。 特点：整个网络的路由选择经常处于动态变化的状态。各结点的路由表经过一定时间的相互作用，各路由表中的数据才能达到稳定的数值。 基本算法有距离向量算法和链路状态算法。,2.4.4 路由选择的一般原理,分布式路由选择方法3要素,对网络某种特性的测量过程 如何传播测量结果的协议 如何计算出确定的路由。 （如ARPAnet就应用了这些策略，但不用队列长度表示时延）,2.4.4 路由选择的一般原理,集中式路由选择策略,其核心是网络控制中心NCC。它负责全网状态信息的收集、

39、路由计算以及路由选择。 优点： 各个结点无需进行路由选择计算； 消除了路由“振荡”； 流量控制 缺点： 离NCC较近处通信量较大； 可靠性问题,2.4.4 路由选择的一般原理,混合式路由选择策略,在一个网络中可以将一些不同类型的路由选择策略混合使用。方法是在每一个结点明确地指出对于哪一种类型的通信量、负荷以及网络的连通条件，应当采用哪一种路由选择策略。,2.4.4 路由选择的一般原理,本节主要内容 2.5.1 拥塞控制的概念 2.5.2 拥塞控制的基本原理,2.5 拥塞控制,当（一部分）通信子网中有太多的分组时，其性能降低，这种情况叫做拥塞。,2.5.1 拥塞控制的概念,造成拥塞的原因 （1）

40、路由器的缓存不足，丢弃新分组 （2）路由器处理速度低，丢弃分组导致重发 （3）发送端没有流量控制。 （4）线路带宽不足和浪费。 （5）较慢的处理器也能引起拥塞,2.5.1 拥塞控制的概念,造成拥塞有若干因素。如果突然之间，分组流同时从3个或4个输入线到达，并且要求输出到同一线路，就将建立起队列。如果没有足够的存储空间来保存这些分组，有些分组就会丢失。处理器速度慢也能导致拥塞。拥塞会导致恶性循环。如果路由器没有空余缓冲区，它必须丢掉新到来的分组。拥塞控制和流量控制既有联系又有差异,2.5.1 拥塞控制的概念,开环:关键在于致力于通过良好的设计来避免问题的出现，确保问题在一开始时就不会发生。 功能

41、包括决定何时接受新的通信，何时丢弃分组以及丢弃哪些分组，还包括在网络的不同点作计划表。所有这些的共同之处在于，它们在做出决定时并不考虑当前网络的状况。 闭环 :与之相比较，闭环的解决方案是建立在反馈环路的概念之上的。当用于拥塞控制时，这种方法有3个部分： 监视系统，检测何时何地发生了拥塞。 将此信息传送到可能采取行动的地方。 调整系统操作以更正问题。,2.5.2 拥塞控制的基本原理,解决拥塞问题的步骤如下： 用监视系统探测什么时候什么地方发生拥塞； 把这些信息送到能采取措施的地方； 调整系统操作以解决这个问题。 可使用平均队列长度、超时重发的分组数、平均分组时延与分组时延的差等指标来检测网络是

42、否出现拥塞。,2.5.2 拥塞控制的基本原理,缓解拥塞的方法 （1）当路由器探测到某些节点发生了拥塞时，就发出一个信息分组通知源发站，使其放慢发送速度。 （2）可在信息分组中留出一位或设置一个字段，由路由器进行填充，采用捎带拥塞信息的方法使下一节点获得拥塞状况，以便给相邻路由器一个警示。,2.5.2 拥塞控制的基本原理,（3）由主机或路由器定期发出探寻分组，探测全网的拥塞情况，这种探寻分组有优先发送权，并可绕过发生拥塞的区域，以便及早利用拥塞算法，及时消除拥塞。 （4）拥塞意味着容量不足，故可以设法扩展系统容量，这就是扩展带宽或提高链路的数据率以缓解拥塞。例如，可以启用备用专线，临时增加特定节

43、点的带宽，也可以把最拥塞的链路上的流量分布到多条无拥塞的链路上去。 （5）根本的办法就是减少网络负载，实质上就是减少进网的分组数，某些用户减少发送并不能根本解决问题时，就可以拒绝某些用户的服务或者将某些用户的优先权降低。,2.5.2 拥塞控制的基本原理,工作任务,（1）制作一条双绞线直通线 （2）制作一条双绞线交叉线,任务：双绞线线缆及其制作,任务目标,学会识别各种制作双绞线的工具； 学会使用各种工具制作双绞线和直通线； 会使用测试仪测试双绞线的连通线。,任务：双绞线线缆及其制作,材料清单,RJ-45水晶头若干； 双绞线若干； RJ-45 压线钳； 测试仪。,任务：双绞线线缆及其制作,双绞线跳线制作工具,普通RJ45 压线钳,双绞线跳线制作与测试,双绞线跳线制作工具,双绞线跳线制作与测试,双绞线跳线制作工具,双绞线跳线制作与测试,打线