• 4.1 网络层的功能
    • 4.1.1异构网络互联
      • 网络层所要完成的任务之一就是使这些异构的网络实现互联。
        • 不同的寻址方案、不同的网络接入机制、不同的差错处理方法、不 同的路由选择机制等。
        • 网络互联
          • 指将两个以上的计算机网络,通过一定的方法,用一种或多种通信处理设 备(即中间设备)相互连接起来,以构成更大的网络系统。
      • 中继系统
        1. 物理层中继系统:中继器,集线器(Hub)
        2. 数据链路层中继系统:网桥或交换机。
        3. 网络层中继系统:路由器。
        4. 网络层以上的中继系统:网关。
      • 虚拟互联网络也就是逻辑互联网络,即互联起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在 的,但是通过使用IP就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
        • 好处是:当互联网上的主机进行通信时,就好像在一个网络上通信一样, 而看不见互联的具体的网络异构细节
    • 4.1.2路由与转发
      • 两个功能
        • 一是路由选择(确定哪一条路径)
          • 据特定的路由选择协议构造出路由表,同时经常或定期地和相 邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。
          • 指按照复杂的分布式算法,根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络拓扑 的变化情况,动态地改变所选择的路由。
        • 二是分组转发(当一个分组 到达时所采取的动作)
          • 处理通过路由器的数据流,关键操作是 转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度等。
          • 指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。
      • 路由表与转发表
        • 讨论路由选择的原理时,往往不去 区分转发表和路由表,而是笼统地使用路由表一词。
          • 路由表
            • 根据路由选择算法得出
            • 转发表的结构应当使查找 过程最优化
          • 转发表
            • 从路由表得出的
            • 需要对网络拓扑变化的计算最优化
    • 4.1.3 拥塞控制

      • 因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞

      • 判断网络是否进入拥塞状态的方法是

        • 观察网络的吞吐量与网络负载的关系
          • 如果随着网络负载的增加,网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量,那么网络就可能已进入“轻度拥塞”状态;
          • 如果网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降,那么网络就可能已进入拥塞状态;
          • 如果网络的负载继续增大,而网络的吞吐量下降到零,那么网络就可能已进入死锁状态

      • 拥塞控制

        • 解决的问题
          • 解决的问题是如何获取同络中发生拥塞的信息,从而利用这些信息进行控制,以避免由于拥塞而出现分组的丢失,以及严重拥塞而产生网络死锁的现象。
        • 作用
          • 作用是确保子网能够承载所达到的流量
            • 这是一个全局性的过程,涉及各方面的行为:主机、路由器及路由器内部的转发处理过程等。单一地增加资源并不能解决拥塞。

      • 流量控制和拥塞控制的区别:

        • 流量控制往往是指在发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。流量控制所要做的是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收。
        • 拥塞控制必须确保通信子网能够传送特传送的数据,是一个全局性的问题,涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素。

      • 方法 1)开环控制

      • 在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到,力求网络在工作时不产生拥塞。

      • 一种静态的预防方法

      • 一旦整个系统启动并运行,中途就不再需要修改。

      • 手段

      • 确定何时可接收新流量、何时可丢弃分组及丢弃哪些分组,确定何种调度决策等。

      • 在做决定时不考虑当前网络的状态。 2)闭环控制

      • 事先不考虑有关发生拥塞的各种因素,采用监测网络系统去监视,及时检测哪里发生了拥塞,然后将拥塞信息传到合适的地方,以便调整网络系统的运行,并解决出现的I巧题。

      • 闭环控制是基于反馈环路的概念,是一种动态的方法。

  • 4.2 路由算法
    • 4.2.1 静态路由与动态路由
      • 静态路由算法(又称非自适应路由算法)
        • 概念
          • 由网络管理员手工配置的路由信息。
          • 当网络的 拓扑结构或链路的状态发生变化时,网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。
        • 适用范围
          • 广泛用于高度安全的军事系统和较小的商业网络
          • 大型和复杂的网络环境通常不宜采用静态路由。
        • 优点
          • 简便、可靠,在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好
        • 缺陷
          • 一方面,网络管理员难以全面了解整个网络的拓扑结构;
          • 另一方面,当网络的拓扑结构和链路状态发生变化时,路由器中的静态路由信息需要大 范围地调整,这一工作的难度和复杂程度非常高。
      • 动态路由算法(又称自适应路由算法)
        • 概念
          • 路由器上的路由表项是通过相互连接的路由器之 间彼此交换信息,然后按照一定的算法优化出来的,而这些路由信息会在一定时间间隙里不断更 新,以适应不断变化的网络,随时获得最优的寻路效果。
        • 优点
          • 能改善网络的性能并有助于 流量控制;
        • 缺点
          • 算法复杂,会增加网络的负担,有时因对动态变化的反应太快而引起振荡,或反应 太慢而影响网络路由的一致性,
        • 常用的算法
          • 距离-向量路由算法和链路状态路由算法。
    • 动态路由算法
      • 4.2.2 距离-向量路由算法
        • 原理
          • 所有结点都定期地将它们的整个路由选择表传送给所有与之直接相 邻的结点。
            • 路由选择表包含
              • •每条路径的目的地(另一结点)。
              • •路径的代价(也称距离)。
                • 距离是一个抽象的概念
          • 实质
            • 迭代计算一条路由中的站段数或延迟时间,从而得到到达一个目标的最短(最小代价)通路。
            • Bellman-Ford或者Ford-Fulkerson算法
        • 更新路由选择表的条件
        • 缺点
        • 最常见的距离-向量路由算法
      • 4.2.3 链路状态路由算法
    • 距离-向量路由算法与链路状态路由算法的比较:
    • 4.2.4 层次路由
  • 4.3 IPv4
  • 4.4 IPv6
  • 4.5 路由协议
  • 4.6 IP组播
  • 4.7移动IP
  • 4.8 网络层设备