《计算机网络技术及应用》第五章知识点

第五章网络层

第一讲数据交换方式

一、数据交换方式

通信子网是若干网络节点和链路按照某种拓扑形式互相连接起来的网络。一个进网的数据流到达的第一个节点称为源节点；离开子网前到达的最后一个节点称为宿节点。网络层必须能为所有的进网数据流提供从源殿到宿点的通路，实现这种数据通路的技术称为数据交换技术或称数据交换方式。

电路交换（线路交换）方式

数据交换方

报文交换

存储转发方式

数据报分组交换

分组交换

虚电路分组交换

第二讲网络层概述

一、网络层的任务

网络层的任务是要以分组为单位将数据信息从源节点传送到目的节点。

二、网络层的作用

在数据链路层提供的在相邻两个节点之间透明、可靠的传送数据帧的功能基础上，进一步管理网络中的通信，将从传输层交出的数据以分组为单位，从源节点通过通信子网延适当的路径传输到目的节点。

三、网络层的功能

1、向传输层提供服务

2、路由选择

3、拥塞控制

4、网络互联

四、网络层提供的服务

1、面向连接的网络服务——虚电路服务

2、无连接的网络服务——数据报服务

五、面向连接的网络服务——虚电路服务

1）什么叫做虚电路

在通信之前需要在源节点和目的节点之间建立一条逻辑上的网络连接，我们称之为虚电路。2）建立虚电路的过程

建立连接数据交换拆除连接

（1）虚电路的建立

提供虚电路服务的节点，除有一张路由表外，还有一张经过本节点的虚电路入口、出口表，所谓建立两个主机之间的虚电路，实际上就是填写这两个主机之间沿途各节点的入口、出口表。

（2）数据传送

虚电路一旦建立，所有待发的数据分组均由此虚电路传送。这样，当一个分组沿一条虚电路传送时，分组头不需要目的主机的全部地址，只要带虚电路号就可以了。

（3）虚电路的释放

当数据传输结束后，源主机发一呼叫清除分组给目的主机，目的主机送回一清除确认分组给源主机。至此，该虚电路就释放了，即从入口、出口表中删去相应信息。

2、无连接的网络服务——数据报服务

1）没有虚电路建立的过程，每一个发出的分组（称为一个数据报）都携带了完整的目的地址信息，因而每一个分组都可以独立的选择路由。

2）分组到达目的节点的顺序有可能与发送顺序不完全一致，甚至会失去某些分组。

3）要求接收方主机具有重新排序、纠正重复或丢失分组的功能。

4）在每个节点同样要有一个路由表，按照每个分组所携带的目的地址查找路由表来决定应沿哪条路径转发分组。

第三讲拥塞控制

拥塞控制

一、几个概念

1、什么是吞吐量？

吞吐量（Throughput）是指单位时间内系统所处理

的信息量。

2、什么是输入负载？

输入负载是指单位时间内资源子网向通信子网所传

送的信息量。

3、什么是拥塞？

当网络中的流量过大时，就会导致网络中的节点不能及时的处理和转发所到的分组，从而增加信息的传输时延。若流量再增大，则会使某些节点因无缓冲区来接收新到达的分组，使网络的性能明显变差，这时网络的吞吐量将随着输入负载的增加而下降，这种情况称为拥塞。

4、什么是死锁？

通信子网中某一处发生拥塞，因丢弃过量的分组而引发发送节点重发这些分组，它所占用的缓冲区不能得到正常的释放，到达发送节点的分组也会因为得不到缓冲区而丢失，这种连锁反应很快波及网络中的各个节点，引起全局拥塞。严重的拥塞会使网络的吞吐量下降到零，网络完全不能工作，即网络发生了死锁。 死锁的分类

1）存储转发死锁

直接死锁 间接死锁

出现拥塞的条件

对资源的需求>可用资源

单纯的增加资源不一定能解决拥塞问题，甚至可能更坏。 二、拥塞预防的方法 1、预定缓冲区法 适用于虚电路子网。 2、抑制分组法

在出现拥塞前兆时，对分组进行截流。

输出线路利用率u=近期实际数据数率/最大数据数率 3、许可证法

限制通信子网中的分组数目，使之不超过某一固定值。

A B

A C

4、分组丢弃法

第四讲 路由选择 基本概念

1、路由是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择。

2、网络层完成路由功能的专有网络互连设备称为路由器。

3、第三层交换机

4、软件路由

5、路由器将所有关于如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来，这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。

6、路由选择模块

当路由器得到一个IP 分组时，由路由模块来根据路由表完成路由查询工作。 理想的路由算法

一、什么叫做路由算法

网络节点在收到一个分组后，决定在哪一条输出链路上传送下去所使用的策略。 二、理想的路由算法的一些特点 1、正确性 2、简单性 3、坚固性 4、稳定性 5、公平性 6、最佳性

最短路径选择算法

例：寻找从节点A 到网络中其它各节点的最短距离。

令D(v)为源节点（A ）到节点V 的距离。 令N 表示网络节点的集合，初始时N={A}。 令l(i ，j)为节点i 到节点j 的距离。

算法： 1）初始化

(A ，V)若节点A 与节点V 直接相连。 D(v)=

∞若节点A 与节点V 不直接相连。

2）寻找一个不在N 中的节点W ，其中D(W)值为最小，把W 加入到N 中，然后对所有不在N 中的节点，用D(V)和[D(∞)+λ (∞，V)]中的较小的值去更新原有的D(V)值，即： D(V) min [D(V) ，D(∞)+λ (∞，V)] 3）重复步骤2）直到所有节点都在N 中为止。

静态路由和动态路由

1、静态路由是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项，也称为非自适应路由。

2、动态路由是依靠路由协议自主学习而获得的路由信息，也称为自适应路由。

A B C D

E

F

1

1

1

2 3 5 2

3

2

5