华中科技大学计算机学院计算机网络课件 第4章 网络层

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计算机网络第4章 网络层

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第四章 网络层

目

录

网络层概述 虚电路和数据报网络 路由器的工作原理 网际协议:因特网中的转发和编址 选路算法 IP组播介绍

2013年8月11日

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第四章 网络层

4.1 网络层概述

网络层的目标

实现主机到主机的通信为运输层提供支持

网络层在计算机网络中的地位

运输层实现进程到进程的通信 运输层功能的实现依赖于网络层提供的服务

为实现从源主机到目标主机成功的移动数据分 组，整个路径上的每一台分组交换机上均需实 现网络层网络层属于通信子网的功能

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4.1 网络层概述

网络层的主要功能

在全局范畴为主机之间的通信进行选路，选路 的结果反映为分组交换机上的转发表 分组交换机上的网络层根据转发表以及分组头 部信息，将分组向适当链路进行转发 对于面向连接的网络层服务，提供连接建立的 功能

ATM、X.25和帧中继

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选路算法 本地转发表 首部值 输出链路 0100 3 0101 2 0111 2 1001 1 到达分组的首部值0111

13 2

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4.1 网络层概述

分组交换机的分类

根据链路层首部信息进行转发的——链路层节 点交换机 根据网络层首部信息进行转发的——路由器

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4.1 网络层概述

网络层可能提供的服务确保交付 具有时延上界的确保交付 有序分组交付 确保最小带宽 确保最大时延抖动 ……

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4.1 网络层概述

几种实际使用的网络层服务模型

网络体系结构 服务模型 带宽保证 无丢失保证 排序 定时 拥塞指示

因特网ATM

尽力而为CBR

无保证恒定速率

无是

无

不维持

无无拥塞

有序 维持

ATM

ABR

保证最小速率

无

有序 维持 提供指示

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4.2 虚电路和数据报网络

网络层提供的服务

面向连接的服务——虚电路，需事先握手 面向无连接的服务——数据报，无需握手 网络层是向运输层提供主机到主机的服务，而 运输层是向应用层提供进程到进程的服务 网络层仅提供上述两种服务中的一种，不同时 提供两种，而运输层则同时提供两种 运输层的服务在网络边缘的端系统中实现，而 网络层的服务则在整个网络中实现，含路由器9

网络层与运输层相应服务的区别

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4.2 虚电路和数据报网络

虚电路

目标

使收发双方之间的路径表现得如同电话线路一般

工作机制

数据

开始流动之前，呼叫建立；流动结束后要断开 每一个分组携带虚电路的标识 (而不是目的主机的地址) 路径上的每一个路由器必须为进行中的连接维持连接状态 信息

传输层的连接仅涉及到两个端系统(end system) 目的：为了达到类似线路交换的性能

链路, 路由器资源 (带宽、缓冲区) 可以分配给虚电路

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4.2 虚电路和数据报网络

虚电路的组成从源到目的主机的路径 VC 号, 沿着该路径的每段链路的一个号码 沿着该路径的每台路由器中的转发表

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4.2 虚电路和数据报网络VC 号 12 接口号 22 1 R1 2 3 R3 32 R2 R4

路由器R1的转发表:入接口 1 2 3 1 … 入 VC # 12 63 7 97 …

出接口 2 1 2 3 …

出 VC # 22 18 17 87 …

路由器维持连接状态信息!2013年8月11日 12

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4.2 虚电路和数据报网络

信令协议

用于建立、维护以及断开虚电路 用于 ATM, 帧中继, X.25网络 今天的因特网已经不再使用该协议

应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

5. 数据流开始 4. 呼叫连接 1. 启动呼叫

6. 接收数据

应用层 3. 接受呼叫 传输层 2. 入呼叫 网络层 数据链路层 物理层

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4.2 虚电路和数据报网络

数据报网络

在网络层没有连接建立过程 路由器：在端到端的连接中不维护连接状态信息

在网络层不存在“联接”的概念 同一对主机间的报文可能会走不同的路径

传输报文时使用目的主机地址信息

应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

1. 发送数据

2. 接收数据

应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层14

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4.2 虚电路和数据报网络目的地址范围11001000 00010111 00010000 00000000 到 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 到 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 到 11001000 00010111 00011111 111111112013年8月11日

链路接口

0

1

2

其他

3

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4.2 虚电路和数据报网络

虚电路 vs 数据报

虚电路网络：聪明的网络，愚笨的终端 数据报网络：简单的网络，复杂的终端

互联不同类型的网络更加容易 启用新服务的速度更快，更简单

2013年8月11日