计算机网络自顶向下第四章
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在输入端口与输出端口之间的交换是在cpu选路处理器的直接控制下完成的分组从输入端口处被拷贝到处理器内存中像共享内存的多处理器用一个线路卡上的处理器将分组交换进适当输出端口的内存中若内存带宽为每秒可写进或读出b个分组则总的转发吞吐量分组从输入端口被传送到输出端口的总速率必然小于b2inputportoutputportmemorysystembusnetworklayer426经一根总线交换输入端口经一根共享总线将分组直接传送到输出端口不需要选路处理器的干预buscontention
具有时延上界的确保交
付
给定的源和目的之间提供 分组的流: 有序分组交付 确保最小带宽 确保最大时延抖动 安全性服务
Network Layer
4-7
Network layer service models:
Network Architecture Internet ATM Service Model
Network Layer
4-6
网络服务模型
Q: What service model for “channel” transporting datagrams from sender to rcvr? 在发送主机中，当运输层 向网络层传递一个分组 时，能由网络层提供的 特定服务包括: 确保交付
Virtual circuits:信令报文signaling protocols
建立、维护、拆除 VC used in ATM, frame-relay, X.25 not used in today’s Internet
application transport 5. Data flow begins network 4. Call connected data link 1. Initiate call physical
Congestion Bandwidth Loss Order Timing feedback no
yes yes no no no yes no yes no (inferred via loss) no congestion no congestion yes no
Guarantees ?来自best effort none CBR constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none
Chapter 4: Network Layer
Chapter goals:
理解网络层原理服务: 转发forwording 选路routing (path selection) dealing with scale 路由器原理how a router works Internet实例及实现
analogy:
选路是指分组从源到目
的地时，决定端到端路 径的网络范围的进程。
转发是指将分组从一个
接收方时，网络层必须决定 这些分组所采用的路由或路 径。
选路算法Routing algorithms
输入链路接口转移到适 当的输出链路接口的路 由器本地动作。
Network Layer
4-4
Interplay between routing and forwarding
Network Layer 4-17
Forwarding table
Destination Address Range 11001000 00010111 00010000 00000000 through 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 through 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 through 11001000 00010111 00011111 11111111 otherwise
出运输层报文段，并将其 向上交付给运输层
网络层协议在所有的主机
network data link physical
、路由器上运行 路由器的主要作用检查IP 数据报报头，将数据报从 入链路转发到出链路
network data link physical
network data link physical network data link physical
4 billion possible entries
Link Interface
0
1
2
3
Network Layer 4-18
Longest prefix matching
Prefix Match 11001000 00010111 00010 11001000 00010111 00011000 11001000 00010111 00011 otherwise Examples DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 DA: 11001000 00010111 00011000 10101010 Which interface? Which interface? Link Interface 0 1 2 3
6. Receive data application 3. Accept call 2. incoming call
transport network data link physical
Network Layer 4-16
Datagram networks
在网络层没有建立连接的过程
routers: 路由器不维护任何有关虚电路的状态信息 no network-level concept of “connection”
Network Layer 4-19
Datagram or VC network: why?
Internet
数据在计算机之间传输
ATM
由电话网演变而来
“elastic” service, no strict human conversation: timing req. strict timing, reliability “smart” end systems requirements (computers) need for guaranteed can adapt, perform service control, error recovery “dumb” end systems simple inside network, telephones complexity at “edge” complexity inside many link types network different characteristics uniform service difficult
接收方接收数据报，提取
application transport network data link physical
network data link physical
network data link physical network data link physical
network data link physical
Protocol
数据报格式 IPv4 编址 ICMP IPv6
4.6 Internet中的选路 RIP OSPF BGP 4.7 广播和多播
Network Layer
4-9
网络层连接和无连接服务
网络层服务是由网络层向运输层提供的主机到
主机的服务 仅在网络层提供连接服务的计算机网络被称为 虚电路（Virtual-Circuit, VC）网络；仅在网 络层提供无连接服务的计算机网络被称为数据 报网络（datagram network）。 在运输层实现面向连接的服务与在网络层实现 连接服务是根本不同的:
3
2
Forwarding table in northwest router:
Incoming interface 1 2 3 1 … Incoming VC # 12 63 7 97 …
interface number Outgoing interface 2 1 2 3 … Outgoing VC # 22 18 17 87 …
destination host address) 每个路由器维护源-目的路径状态 链路、路由资源可能有VC分配 (bandwidth, buffers)
Network Layer 4-12
VC implementation
一条虚电路（VC）的组成:
1. 2. 3.
源和目的主机之间的路径 VC号，沿着该路径的每段链路一个号码 沿着该路径的每台路由器中的转发表表项
Network Layer
4-11
虚电路网络Virtual circuits network
源和目的主机之间的路径
performance-wise network actions along source-to-dest path
在数据流传送之前需要建立连接
每个数据包包括VC号，沿着该路径的每段链路一个号码(not
Service: host-to-host No choice: network provides one or the other Implementation: in the core
Network Layer 4-10
网络层连接和无连接服务
数据报网络Datagram network Internet 虚电路网络VC network ATM, frame relay, X.25
连接建立Connection setup 第三种重要的网络功能:
• ATM, frame relay, X.25
在数据流传输之前，两个主机要建立虚拟连接
• Routers get involved
Network and transport layer service:
• Network: between two hosts • Transport: between two processes
Network Layer
4-1
Chapter 4: Network Layer
4. 1 概述 4.2 虚电路和数据报网络 4.3 路由器工作原理 4.4 IP: Internet 4.5 选路算法 Link state Distance Vector Hierarchical routing
属于一条虚电路的分组将在它的首部携带一
个VC号. 一条虚电路在每条链路上可能具有不同的VC 号.
每台中间路由器必须用一个新的VC号替代每个传 输分组的VC号。该新的VC号从转发表获得。
Network Layer 4-13
Forwarding table
VC number
12 22 32
1
ATM
ATM
VBR
ABR
yes
yes
yes
no
ATM
UBR
yes
no
Network Layer
4-8
Chapter 4: Network Layer
4. 1 概述 4.2 虚电路和数据报网络 4.3 路由器工作原理 4.4 IP: Internet 4.5 选路算法 Link state Distance Vector Hierarchical routing
使用分组的目的地址来转发该分组 packets between same source-dest pair may take different paths
application transport network data link 1. Send data physical
application transport network 2. Receive data data link physical
路由器必须为进行中的连接维持连接状态信息!
Network Layer 4-14
VC implementation
Three phrase
虚电路建立。VC establish 数据传送Data transmission 虚电路拆除VC teardown
Network Layer 4-15
H2
application transport network data link physical
Network Layer
4-3
Key Network-Layer Functions
转发：当一个分组到达某路
由器的一条输入链路时，该 路由器必须将该分组移动到 适当的输出链路。
选路：当分组从发送方流向
Protocol
数据报格式 IPv4 编址 ICMP
4.6 Internet中的选路 RIP OSPF BGP
Network Layer
4-2
Introduction(Network layer)
将分组从一台发送主机移
动到一台接收主机
发送方将数据封装成一个
数据报（即网络层分组）
routing algorithm
local forwarding table header value output link
0100 0101 0111 1001 3 2 2 1
value in arriving packet’s header
0111
1
3 2
Network Layer
4-5
Key Network-Layer Functions
具有时延上界的确保交
付
给定的源和目的之间提供 分组的流: 有序分组交付 确保最小带宽 确保最大时延抖动 安全性服务
Network Layer
4-7
Network layer service models:
Network Architecture Internet ATM Service Model
Network Layer
4-6
网络服务模型
Q: What service model for “channel” transporting datagrams from sender to rcvr? 在发送主机中，当运输层 向网络层传递一个分组 时，能由网络层提供的 特定服务包括: 确保交付
Virtual circuits:信令报文signaling protocols
建立、维护、拆除 VC used in ATM, frame-relay, X.25 not used in today’s Internet
application transport 5. Data flow begins network 4. Call connected data link 1. Initiate call physical
Congestion Bandwidth Loss Order Timing feedback no
yes yes no no no yes no yes no (inferred via loss) no congestion no congestion yes no
Guarantees ?来自best effort none CBR constant rate guaranteed rate guaranteed minimum none
Chapter 4: Network Layer
Chapter goals:
理解网络层原理服务: 转发forwording 选路routing (path selection) dealing with scale 路由器原理how a router works Internet实例及实现
analogy:
选路是指分组从源到目
的地时，决定端到端路 径的网络范围的进程。
转发是指将分组从一个
接收方时，网络层必须决定 这些分组所采用的路由或路 径。
选路算法Routing algorithms
输入链路接口转移到适 当的输出链路接口的路 由器本地动作。
Network Layer
4-4
Interplay between routing and forwarding
Network Layer 4-17
Forwarding table
Destination Address Range 11001000 00010111 00010000 00000000 through 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 through 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 through 11001000 00010111 00011111 11111111 otherwise
出运输层报文段，并将其 向上交付给运输层
网络层协议在所有的主机
network data link physical
、路由器上运行 路由器的主要作用检查IP 数据报报头，将数据报从 入链路转发到出链路
network data link physical
network data link physical network data link physical
4 billion possible entries
Link Interface
0
1
2
3
Network Layer 4-18
Longest prefix matching
Prefix Match 11001000 00010111 00010 11001000 00010111 00011000 11001000 00010111 00011 otherwise Examples DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 DA: 11001000 00010111 00011000 10101010 Which interface? Which interface? Link Interface 0 1 2 3
6. Receive data application 3. Accept call 2. incoming call
transport network data link physical
Network Layer 4-16
Datagram networks
在网络层没有建立连接的过程
routers: 路由器不维护任何有关虚电路的状态信息 no network-level concept of “connection”
Network Layer 4-19
Datagram or VC network: why?
Internet
数据在计算机之间传输
ATM
由电话网演变而来
“elastic” service, no strict human conversation: timing req. strict timing, reliability “smart” end systems requirements (computers) need for guaranteed can adapt, perform service control, error recovery “dumb” end systems simple inside network, telephones complexity at “edge” complexity inside many link types network different characteristics uniform service difficult
接收方接收数据报，提取
application transport network data link physical
network data link physical
network data link physical network data link physical
network data link physical
Protocol
数据报格式 IPv4 编址 ICMP IPv6
4.6 Internet中的选路 RIP OSPF BGP 4.7 广播和多播
Network Layer
4-9
网络层连接和无连接服务
网络层服务是由网络层向运输层提供的主机到
主机的服务 仅在网络层提供连接服务的计算机网络被称为 虚电路（Virtual-Circuit, VC）网络；仅在网 络层提供无连接服务的计算机网络被称为数据 报网络（datagram network）。 在运输层实现面向连接的服务与在网络层实现 连接服务是根本不同的:
3
2
Forwarding table in northwest router:
Incoming interface 1 2 3 1 … Incoming VC # 12 63 7 97 …
interface number Outgoing interface 2 1 2 3 … Outgoing VC # 22 18 17 87 …
destination host address) 每个路由器维护源-目的路径状态 链路、路由资源可能有VC分配 (bandwidth, buffers)
Network Layer 4-12
VC implementation
一条虚电路（VC）的组成:
1. 2. 3.
源和目的主机之间的路径 VC号，沿着该路径的每段链路一个号码 沿着该路径的每台路由器中的转发表表项
Network Layer
4-11
虚电路网络Virtual circuits network
源和目的主机之间的路径
performance-wise network actions along source-to-dest path
在数据流传送之前需要建立连接
每个数据包包括VC号，沿着该路径的每段链路一个号码(not
Service: host-to-host No choice: network provides one or the other Implementation: in the core
Network Layer 4-10
网络层连接和无连接服务
数据报网络Datagram network Internet 虚电路网络VC network ATM, frame relay, X.25
连接建立Connection setup 第三种重要的网络功能:
• ATM, frame relay, X.25
在数据流传输之前，两个主机要建立虚拟连接
• Routers get involved
Network and transport layer service:
• Network: between two hosts • Transport: between two processes
Network Layer
4-1
Chapter 4: Network Layer
4. 1 概述 4.2 虚电路和数据报网络 4.3 路由器工作原理 4.4 IP: Internet 4.5 选路算法 Link state Distance Vector Hierarchical routing
属于一条虚电路的分组将在它的首部携带一
个VC号. 一条虚电路在每条链路上可能具有不同的VC 号.
每台中间路由器必须用一个新的VC号替代每个传 输分组的VC号。该新的VC号从转发表获得。
Network Layer 4-13
Forwarding table
VC number
12 22 32
1
ATM
ATM
VBR
ABR
yes
yes
yes
no
ATM
UBR
yes
no
Network Layer
4-8
Chapter 4: Network Layer
4. 1 概述 4.2 虚电路和数据报网络 4.3 路由器工作原理 4.4 IP: Internet 4.5 选路算法 Link state Distance Vector Hierarchical routing
使用分组的目的地址来转发该分组 packets between same source-dest pair may take different paths
application transport network data link 1. Send data physical
application transport network 2. Receive data data link physical
路由器必须为进行中的连接维持连接状态信息!
Network Layer 4-14
VC implementation
Three phrase
虚电路建立。VC establish 数据传送Data transmission 虚电路拆除VC teardown
Network Layer 4-15
H2
application transport network data link physical
Network Layer
4-3
Key Network-Layer Functions
转发：当一个分组到达某路
由器的一条输入链路时，该 路由器必须将该分组移动到 适当的输出链路。
选路：当分组从发送方流向
Protocol
数据报格式 IPv4 编址 ICMP
4.6 Internet中的选路 RIP OSPF BGP
Network Layer
4-2
Introduction(Network layer)
将分组从一台发送主机移
动到一台接收主机
发送方将数据封装成一个
数据报（即网络层分组）
routing algorithm
local forwarding table header value output link
0100 0101 0111 1001 3 2 2 1
value in arriving packet’s header
0111
1
3 2
Network Layer
4-5
Key Network-Layer Functions