Chapter 5 网络服务层

5.1 网络层服务

网络层功能存在每台主机和路由器中

• 发送端
• 接收端
• 路由器

路由（控制面）

• 选择数据报从源端到目的端的路径
• 核心：路由算法与协议

转发（数据面）

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无连接服务和面向连接服务的实现

无连接服务：如寄信，不需要提前建立连接

面向连接服务：如打电话，要先建立逻辑链接

虚电路的转发策略

虚电路的转发策略

面向连接的虚电路

• 建立连接
• 发送数据
• 释放连接

如果数据源突发流量，虚电路会过载，数据报模式会好一点

无连接的数据报

• 基于分组的目的地址
• 中间路由根据目的地址决定输出端口
• 突发流量 - 分时复用（性能不受影响）

虚电路与数据报网络的效率比较

假设不考虑A的发送时延和链路传播时延，在上图3个转接节点的情况下，链路上的数据传输速率B bps，每个分组的长度P bit，每个分组的开销H bit，虚电路分组交换的呼叫建立时间S s，每个转接点的转接延迟时间D s，则

• 虚电路分组交换总时延T=S+3[D+（P+H）/B]
• 数据报分组交换总时延 T=3[D+（P+H）/B]

5.2 Internet网际协议

internet协议执行两个基本功能：寻址(addressing) & 分片(fragmentation)

IPv4协议

IPv4协议，网际协议版本4，一种无连接的协议，是互联网的核心，也是使用最广泛的网际协议版本，其后继版本为IPv6

每个 pakage：

第一行分别是 4、4、8、16 bits

标识 16 bit

标志 3 bit 表示是否分片、是否最后一片

生存时间 TTL（Time To Live）：8bit，表示数据报在网络中的生命周期，用通过路由器的数量来计量，即跳数（每经过一个路由器会减1）

最长前缀匹配

• 总是选取子网掩码最长的匹配项

IP地址

IPv4地址如何获取

• 公有IP地址要求全球唯一

ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）即互联网名字与编号分配机构向ISP分配，ISP再向所属机构或组织逐级分配

• 静态设定 - 申请固定IP地址，手工设定，如路由器、服务器
• 动态获取 - 使用DHCP协议或其他动态配置协议
  • 当主机加入IP网络，允许主机从DHCP服务器动态获取IP地址
  • 可以有效利用IP地址，方便移动主机的地址获取

DHCP

• DHCP：动态主机配置协议
  • 当主机加入IP网络，允许主机从DHCP服务器动态获取IP地址
  • 可以有效利用IP地址，方便移动主机的地址获取
• 工作模式：客服/服务器模式（ C/S
  • 基于 UDP 工作，服务器运行在 67 号端口， 客户端运行在 68 号端口

广播

利用刚分配的IP发送一次请求，客户端为什么这次还是广播？因为如果本网有多个DHCP 服务器，会告知其他服务器，主机已经有了一个IP，其他服务器就会收回自己给新主机分配的IP。

ARP NAT
Internet控制报文协议

5.3 路由算法

Dijkstra

距离向量路由

主要缺点：好消息传播快，坏消息传播慢

链路状态路由

层次路由

组播路由

5.4 Internet路由协议

OSPF - 五种报文

• 区域概念
  • 主干区域
  • 非主干区域
  • 路由器分为内部路由器、区域边界路由器、自治系统边界路由器

RIP

R6路由表 | 目的网络 | 距离 | 下一跳路由器 | | -------- | ---- | ------------ | | Net2 | 3 | R4 | | Net3 | 4 | R5 |

R4发来的路由更新信息 | 目的网络 | 距离 | 下一跳路由器 | | -------- | ---- | ------------ | | Net1 | 3 | R1 | | Net2 | 4 | R2 | | Net3 | 1 | 直接交付 |

根据距离向量算法更新R6路由表

5.5 路由器工作原理 5.6 拥塞控制算法 5.7 服务质量 5.8 三层交换与VPN 5.9 IPv6技术