04网络层2

数据不丢失
• 稳定性（stability）：稳定一段时间，变化不要太快 • 公平性（fairness）：对于不同的数据包要给它公平的路
径，不要一个给好路径一个给坏路径
• 最优性（optimality）：给一个最优的路径 • 有效性（efficiency）：获得相应的功能付出的代价是合
适的
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第4章 网络层
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路由算法的分类
• 静态路由（非自适应路由）
不根据实测或估计的网络的当前通信量和拓扑结 构来作路由选择。（手工生成、变化缓慢）
• 动态路由（自适应路由）
根据拓扑结构、通信量的变化来改变其路由选择 （可提高网络性能、有助于拥塞控制）
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路由算法的度量Leabharlann Baidu准
强调几点
•路由器的路由和转发操作是不同的。 •路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成
分组丢失的重要原因。
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路由算法
•定义 •特性 •分类 •度量标准
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路由算法的定义
• 定义
给定一组路由器及连接路由器的链路，找出一条从 源到目标的”好“路径。路由算法是网络层软件的 一个重要部分，它决定进入的分组应从哪一根输出 线传输。
权值，否则为无穷大
• 初始化数组R：如果从源节点到节点n的边存在，则R（n）为源节点，
否则为0
第二步：找最短路径
• 从不在M中的相邻节点中找出一个具有和节点S的最短路径的节点w，
并且把该节点规约进M中。
第三步：更新最短路径
• C(n)=min[C(n)，C(w)+L(w,n)]对所有如果后一项为最小值，
离的度量来计算最短路径，有最少边数的路径不 一定是最短路径
• 如下图：5和4之间边数最少的路径是5234，但
最短路径是523674
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用到的变量
• S=源节点 • N=网络中所有节点的集合 • 集合M：已由算法归并的节点的集合 • 数组R：R[n]为从指定源点去节点n的路径上，
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路由器
路由器是网络层的一个智能设备，承担了路由选择
的任务，选择路由的依据是一张路由表，路由表指 明了要到达某个地址该走哪一个路径
在路由表中为目的主机所在的网络指明路径，查找
路由表的依据是目的主机的网络地址
路由器对接收到的分组的转发过程
取出目的IP地址->计算网络地址->查找路由表， 确定下一步的传输路径->从相应的路由器端口将分 组送出
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输出端口对分组的处理
将交换结构传送过来的分组先进行缓存，数据链路层处理模 块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外 部线路。
输出端口的处理
向
网络层处理
线
交
分组排队
路
换 结 构
数据链路层 处理
物理层处理
发 送 分
缓存管理
组
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第4章 网络层
主要内容
• 4.5 因特网的路由选择协议 • 4.6 IP多播和IGMP • 4.7 虚拟专用网VPN和NAT
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路由器及路由选择协议
• 路由器 • 路由算法及其分类
• 路由算法 • 静态算法（非自适应算法） • 动态算法（自适应算法）
• 因特网的路由选择协议
•路径长度：直接路径是最短的 •hop（跳）数：中间转发的节点数 •延迟：是一个比较综合的指标
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静态路由算法
• 最短路径算法(Dijkstra) • 扩散法flooding
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最短路径算法(Dijkstra)
• Dijkstra算法(1959)：通过用边的权值作为距
节点n的前一个节点
• 数组C：C[n]为从指定源点到节点n的最短距离 • L(i，j)=节点i与j之间链路的权值；若两个节点
间没有直接连接则为无穷大
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算法的步骤
第一步：算法的初始化
• 初始化集合M={S} • 初始化数组C：如果从源节点到节点n的边存在，则C（n）为该边的
• 数据报子网，在每个分组到达时作此决定 • 虚电路子网，在虚电路建立时决定，该连接上所有
分组都将沿此线路传输
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路由算法的特性
• 正确性（correctness)：得出的路由要正确 • 简单性(simplicity)：节省计算资源，提高效率 • 健壮性（robustness）：网络局部产生故障的话，保证
从路由表得出的。
• 在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表
和路由表的区别。
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输入端口对分组的处理
• 数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络
层的队列中排队等待处理。
输入端口的处理
从
网络层处理
线
分组排队
交
路
接 收
物理层处理
数据链路层 处理
分
查表和转发
换 结 构
组
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扩散算法
➢基本思想
将输入报文输出到所有输出线路（有路就走）
• 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
• 存在的问题：数据包重复到达某一节点，如3，6
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转发和路由选择的区别
• 转发(forwarding)就是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。
• 路由选择(routing)则是按照分布式算法，根据
从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况， 动态地改变所选择的路由。
• 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是
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路由器的构成
路由器由路由选择部分和分组转发部分
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
路由选择处理机
路由选择协议 路由表
路由 选择
… …
输输入入端端口口 123
输入端口 123
分组处理 转发表
交换结构
输输出出端端口口 321
输出端口 321
分组 转发
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则从S到n的路径变为从S到w的路径再加上从w到n的路径
第四步：重复第二和第三步，直到M=N
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第4章 网络层
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求A的路由表
举例
A的路由表
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第4章 网络层
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算法的优缺点
• 优点：简单
适用于静态的，拓扑结构固定的情况
• 缺点：灵活性差
无法对网络拥塞和故障作出反应
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