第6章-路由选择与网络拥塞控制

节点4上的路由表
输入虚电路,(X,n)表示前一个节点X和虚电路号; 输出虚电路,(X,n)表示后一个节点X和虚电路号; (-,-)表示虚电路在这个节点上起始和或终止.
2009-11-23 21
汇集树（sink tree） 从所有的源节点到一个给定的目的节点的最优路由的集 合形成了一个以目的节点为根的树，称为汇集树；
N_Request 时间 N_Indication N_Response
N_Confirm
OSI网络层服务原语的使用示例
2009-11-23 7
阶段
服务
原语 N_Connect.Request N_Connect.Indication N_Connect.Response N_Connect.Confirm N_Data.Request N_Data.Indication N_Reset.Request N_Reset.Indication N_Reset.Response N_Reset.Confirm 可选服务 接收确认 原语 N_DataAcknowledge.Request N_DataAcknowledge.Indication N_ExpeditedData.Request N_ExpeditedData.Indication
2009-11-23
9
面向连接的服务质量
建连时延 建连失败概率 吞吐量 转换时延 残留误差率 传送失败概率 连接恢复力 拆连时延 拆连失败概率 连接保护能力 连接优先权 最大开销
2009-11-23
建立网络连接所需要的时间 建立网络连接失败次数与尝试次数之比 单位时间内传送的数据量 从发送请求原语至目的端，到接收指示原语所需要的时间 通过网络服务边界仍有出错、丢失、重复数据占传送数据总数的比例 传送失败数占传送尝试总数的比例 在网络连接过程中，服务提供者激活释放和复位的概率 从发起连接拆除请求至成功释放所需要的时间 未成功拆除连接次数与尝试次数之比 网络服务提供者试图防止对用户数据的未授权操作的程度 考虑网络连接及其数据的相对重要性 网络服务的开销范围
了解通信子网的拓扑结构，选择路由; 另一个需要解决的问题是网络的拥塞控制.
2009-11-23 2
概述
6.1.1 网络层的任务
(1)通信子网的拓扑结构 (2)路由选择方法 (3)流量和拥塞控制 (4)网络互连 OSI标准集中于网络层提供给传输层的功能和服 务，以及网络层与传输层及数据链路层的接口。
2009-11-23 5
服务原语
服务原语是层服务用户和服务提供者之间的 一种抽象且与实现无关的交互，服务原语不 必直接与协议要素相关。 服务原语可分为请求、指示、响应和证实四 种类型。
2009-11-23
6
面向连接服务原语
端系统A 传输层 网络层 通信媒介 （数据链路层） 端系统B 网络层 传输层
网络层提供的服务
面向连接的服务和无连接的服务。
2009-11-23
15
6.2 路由选择算法
路由选择的定义
指的是在分布式分组交换网中每个节点具有自动选择传送 分组到达目的地的最佳路径的能力,就是说节点设备要根 据一定的原则通过计算来确定每一分组发往宿端的最佳输 出路径.
6.2.1 关于路由选择
(1)能正确、迅速、合理地传送报文信息； (2)能适应网络内节点或链路故障而引起的拓扑变化，使 报文在故障条件下一般仍能到达终点。 (3)能适应网络流量的变化，使各通路的流量均匀，整个 网络的通信设备负荷平衡，充分发挥效率； (4)算法尽量简单，以减少网络开销。
4. 路由选择的实现——路由表
2009-11-23 19
路由算法
路由选择的实现-路由表
2 3
1
6
4
5
如：路径选择的原则是 使到达目的节点的链路 (hops)数最少,当存在2 条以上的最少链路的路 径时,则可以选择其中一 条.路由表对每个目的节 点指出分组应该发向的 下一个节点.
节点1上的路由表 节点4上的路由表 12 3 5 6 目的节点 2 3 4 5 6 目的节点 12 3 5 5 下一个节 2 2 4 4 2 下一个节点 点
又分为完全扩散和选择扩散两种 基本思想:把收到的每一个包，向除了该包到来的线路 外的所有输出线路发送。 主要问题:洪泛要产生大量重复包。 解决措施:每个包头包含站点计数器，每经过一站计数 器减1，为0时则丢弃该包；
2009-11-23 24
扩散法（flooding）
不计算路径，有路就走
1 9 5 6 2 8 6 3 3 2 5 7 11 4 3
N_Unitdata.request(源地址，目的地址，QoS，用户数据) N_Unitdata.indication(源地址，目的地址，QoS，用户数 据)
还有3条属于正式标准的附件中的服务原语：
N_Facility.request(QoS) N_Facility.indication(目的地址，QoS，原因) N_Report.indication(目的地址，QoS，原因)
11
6.1.3 网络层的内部结构
比较项目 初始建立连接 地址 状态信息 路由选择 分组的顺序 节点故障影响 差错处理 拥塞控制 功能复杂性部 分 适用方式 不需要 每个分组都含有完整的源地址和目的地址 子网不存储状态信息 每个分组独立选择 到达目的站时可能不按发送顺序 除节点崩溃时会丢失分组外，无其他影响 由主机承担 由主机负责，较难实现 数据报子网 需要 每个分组含有一个短的虚电路号，目的 站地址仅在连接建立阶段使用 已建立的虚电路占用子网路由表空间 虚电路一建立，路由就已确定，所有分 组都经过此路径 总是按发送顺序到达目的站 所有经过失效设备的虚电路都会被终止 对主机透明（由通信子网承担） 由通信子网负责，若每条虚电路分配有 足够的缓冲区，则容易控制 在网络层 面向连接服务 12 虚电路子网
10
无连接的服务质量
转换时延 接入保护 开销决定性因素 残留误差率 优先权 源路由 从发出N_Unitdata请求至响应所需要的时间 防止对网络服务用户信息的非法监测和操纵 确定对数据选择路由所需要的开销 某数据单元发生丢失、重复或误传的可能性 数据单元之间的相对重要性 指定数据传向目的地的路径
2009-11-23
没有连接建立阶段 每个包包含完整的目的地址 每个包独立地被转发 转发表由路由协议动态生成
2009-11-23 13
服务与子网类型不同组合
2009-11-23
14
小结
网络层的地位
位于数据链路层和传输层之间，使用数据链路层提供的服务，为传输层提供 服务； 通信子网的最高层； 处理端到端传输的最低层。
2009-11-23 20
路由算法
虚电路使用的路由表 路由表中使用的是虚电路号而不是目的节点
节点1上的路由表 入虚电路 出虚电路 入虚电路 出虚电路 (-,-) (2,1) (1,2) (5,4) (-,-) (4,2) (-,-) (4,4) (1,4) (3,5) (2,1) (-,-) (3,5) (1,4) (4,2) (-,-) (4,4) (-,-) (5,4) (1,2)
2009-11-23 16
1. 路由选择与流量控制的关系
时延
提交的负荷 流量控制
吞吐量
路由选择
时延
被拒绝的负荷
路由选择和流量控制之间的交互作用
2009-11-23
17
2. 路由选择算法的分类
分类 决策地点 要素 每一节点（分布式） 中央节点（集中式） 源节点 节点子集 分组（数据报） 会话（虚电路） 链路数 设施代价 时延 吞吐量 无 本地 相邻节点 路径上的节点 所有节点 静态——简单类算法 自适应
18
决策时间
性能准则
网络信息源 （与路由选择有关的信息）
路选策略
2009-11-23
3. 对路由选择算法的要求
正确性:确保分组从源节点传送到目的节点； 简单性:实现方便，软硬件开销小； 自适应性,也称健壮性:算法能够适应业务量和网 络拓扑的变化 稳定性:能长时间无故障运行; 公平性:每个节点都有机会传送信息; 最优性:尽量选取"好的"路由
网络层的作用
屏蔽各种不同类型网络之间的差异，实现互连 了解通信子网的拓扑结构，选择路由，实现报文的网络传输
网络层的两种实现方式 —— 数据报和虚电路
都属于分组交换，采用存储转发机制。 数据报(datagram)：每个分组被单独路由，分组带有全网唯一的地址 虚电路(virtual circuit)：先在源端和目的端之间建立一条虚电路，所有分组 沿虚电路按次序存储转发，最后拆除虚电路。在虚电路中，每个分组无须进 行路径选择。
2009-11-23
22
6.2.2 简单路由选择算法
1. 随机路由选择 2. 洪泛式路由选择 3. 固定式路由选择
绝对固定式路由选择 迂回式路由选择
2009-11-23
23
静态路由算法
随机路由选择:是由收到分组的节点随机地选择一 个出口转发出去。缺点也是十分明显的，可能造 成某些分组长期在通信子网中转，到达不了目的 节点。 洪泛算法（Flooding）:
第六章 路由选择 与网络拥塞控制
本章掌握重点：
网络层的主要功能和提供的服务； 路由选择和流量控制思想；
2009-11-23
1
Biblioteka Baidu
6.1 概述
ISO 定义
网络层为一个网络连接的两个传输层实体间交换 网络服务数据单元提供功能和规程的方法，它使 传输层实体看不到下面资源的使用情况。
网络层是处理端到端传输的最低层。 网络层要解决的关键问题:
2009-11-23
3
网络层概述
6.1.2 向传输层提供的服务
面向连接的服务:将复杂的功能放在网络层(通信子网) 无连接服务:将复杂的功能放在传输层 通信子网提供的服务（面向连接或无连接）与通信子网结构 （虚电路或数据报）没有必然联系。
2009-11-23
4
网络服务
面向连接方式包括连接建立、数据传送及连接释放 三个阶段。一条连接由下列方面规定：
连接建立
连接建立
数据传输 数据传输 重 建
加速数据 传输
连接拆除
连接释放
N_Disconnect.Request N_Disconnect.Indication 表6-1 面向连接的服务及原语
2009-11-23
与面向连接的服务有关的原语有六种
8
无连接服务原语
N_Unitdata服务不提供差错控制，也不提供流量 控制、分组重新排序及其它的控制
在传输层 面向连接和无连接服务
2009-11-23
网络层概述
虚电路（virtual circuit）
在发送第一个数据包之前要进行连接的建立,一般等待 时间为RTT. 连接请求包含完整的目的地地址,但每个数据包只携带 很小的VC标识,因此每个包的开销很小. 如果连接的链路或交换机故障,连接将被中断,必须建 立一个新的连接. 连接建立为预留资源提供了支持. 数据报（datagram）
(1)由端系统与一个网络或几个网络之间三方或多方一致 同意而建立的一条路径。 (2)协商确定的参数值和任选项(Options)； (3)连接标识（例如虚电路号）； (4)指定连续的数据单元之间逻辑关系、排序和控制的有 关上下文内容。
无连接方式不在端系统之间建立这类关系，所需要 的仅是通信实体之间的关联。
缺点：重复数据包多，浪费带宽 优点：可靠性高，路径最短，常用于军事
2009-11-23 26
静态路由算法
固定式路由选择
固定式单路由算法(绝对固定式路由选择):每个节点都有一张人工 计算得到的固定路由表，它给出了子网中每个节点作为目的节点 时，分组对应的转发出口的对应关系。每收到一个分组，去查表 中目的节点，找出相应的转发出口。优点是简单、实现方便，可 选择正常情况下的最佳路由。缺点是路由表不能联机修改，不能 适应网络的业务量及拓扑变化。 固定式多路由算法（迂回式路由选择）:固定式多路由算法是任何 一对节点之间有多条可选路由。一旦最佳的路由不通，或负荷过 大，就可以选择第二、第三条路由。实现方法是每个节点装有一 张路由表，对应每个目的节点，给出最佳、次佳、再次佳……的 后继节点和权数。缺点是路由表不能联机修改。
如从5出发到4： 数据包从5→1,2；2→3,6；3→6,4；6→3,7；7→4 要解决的问题：数据包重复到达某一节点，如3，6
2009-11-23 25
扩散法（续）
解决方法
在数据包头设一计数器初值，每经过一个节 点自动减1，计数值为0 时，丢弃该数据包 在每个节点上建立登记表，则数据包再次经 过时丢弃