網(wǎng)絡層提供的兩種服務.ppt

4.1 網(wǎng)絡層提供的兩種服務,數(shù)據(jù)報和虛電路： 網(wǎng)絡層為主機的傳輸層所提供的服務可以有兩大類： 無連接的網(wǎng)絡服務（數(shù)據(jù)報服務） 面向連接的網(wǎng)絡服務（虛電路服務）,電信網(wǎng)-因終端簡單，故網(wǎng)絡做得復雜，做成面向連接的 因特網(wǎng)-因端系統(tǒng)復雜(智能)，故網(wǎng)絡可做得簡單些 網(wǎng)絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力 交付的數(shù)據(jù)報服務，每個分組(數(shù)據(jù)報)獨立發(fā)送，網(wǎng)絡層不提 供服務質(zhì)量的承諾。如要通信可靠，由主機傳輸層去做。,數(shù)據(jù)報服務,網(wǎng)絡隨時接受主機發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報），網(wǎng)絡為每個分組獨立地選擇路由。 網(wǎng)絡盡最大努力地將分組交付給目的主機，但網(wǎng)絡對源主機沒有任何承諾。 網(wǎng)絡不保證所傳送的分組不丟失，也不保證按源主機發(fā)送分組的先后順序以及在時限內(nèi)必須將分組交付給目的主機。 當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，網(wǎng)絡中的結點可根據(jù)情況將一些分組丟棄。,數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的，不能保證服務質(zhì)量。“盡最大努力交付”的服務就是沒有質(zhì)量保證的服務。,數(shù)據(jù)報服務示意圖,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,路徑可能變化,選擇路由獨立 信包可能丟失、 亂序 不可靠， 盡最大努力交付,虛電路服務,虛電路服務分為三個階段： 虛電路的建立、數(shù)據(jù)傳輸、虛電路的釋放。 在虛電路建立后，網(wǎng)絡向用戶提供的服務就好像在兩個主機之間建立了一對穿過網(wǎng)絡的數(shù)字管道。所有發(fā)送的分組都按順序進入管道，然后按照先進先出的原則沿著此管道傳送到目的站主機。 到達目的站的分組順序就與發(fā)送時的順序一致，因此網(wǎng)絡提供虛電路服務對通信的服務質(zhì)量 QoS (Quality of Service)有較好的保證。 注意：由于采用存儲轉發(fā)技術，虛電路和電路交換的連接不同。電路交換真正占有一條通道，而虛電路則是斷續(xù)地占有一段又一段的鏈路。,虛電路服務示意圖,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),H1 要和 H5 通信,主機 H1 先向主機 H5 發(fā)出一個特定格式的控制信息分組，要求進行通信，同時尋找一條合適路由。若 H5 同意通信就發(fā)回響應，然后雙方就建立了虛電路。,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),同理，主機 H2 和主機 H6 通信之前，也要建立虛電路。,虛電路服務示意圖,虛電路轉發(fā)表,虛電路轉發(fā)表在建立虛電路（虛呼叫）時確定。分組在傳送時只需攜帶虛電路號，虛電路號只具有本地意義，根據(jù)虛電路建立順序由各主機、各結點自主排序，入出口號不一定相同。,虛電路轉發(fā)表建立過程示例一,1. A 請求與 B 建立虛電路,虛電路轉發(fā)表建立過程示例二,虛電路轉發(fā)表建立過程示例二,2. B 響應 A 的虛電路建立請求,虛電路轉發(fā)表建立過程示例二,3. A 和 B 使用虛電路進行數(shù)據(jù)傳輸,比較兩種服務的思路來源,數(shù)據(jù)報服務力求使網(wǎng)絡生存性好和使對網(wǎng)絡的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡提供盡最大努力的服務。 可靠通信由用戶終端中的軟件（即TCP）來保證。 虛電路服務的思路來源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。 電信網(wǎng)負責保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結點程控交換機復雜而昂貴。,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務的比較,路由器的作用與構成,路由器的工作層次,路由器 (Router),作用 在網(wǎng)絡層提供多個獨立的子網(wǎng)間連接服務的一種存儲轉發(fā)設備。 連接對象 包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。 路由器大多為多協(xié)議路由器，能夠同時支持多 種不同的網(wǎng)絡層協(xié)議。 路由器不轉發(fā)目標地址為全1的廣播包，因此可以阻止“廣播風暴” ( 廣播域的概念 ),用路由器進行網(wǎng)絡互聯(lián),工作原理,采用存儲轉發(fā)的方法： 接收并緩存IP數(shù)據(jù)分組，提取分組目的IP地址，然后查路由表決定轉發(fā)路徑, 如果未查到, 則丟棄該分組。 路由表用于存放到達其他網(wǎng)絡的路由信息。 比較 交換機也用查表的方法決定轉發(fā)路徑，但交換機的表是 “端口-MAC地址” 表，存放的是端口與目的MAC地址之間的關系，要用幀中的MAC地址查表； 而路由器中的路由表是 “端口-網(wǎng)絡地址” 表，存放的是端口與目的網(wǎng)絡地址之間的關系，故要從分組中提取IP地址，并解析出其中的網(wǎng)絡地址部分來查表。,直接交付和間接交付,當主機 A 要向另一個主機 B 發(fā)送數(shù)據(jù)報時，先要檢查目的主機 B 是否與源主機 A 連接在同一個網(wǎng)絡上： 如果是，就將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機 B 而不需要通過路由器。 但如果目的主機與源主機 A 不是連接在同一個網(wǎng)絡上，則應將數(shù)據(jù)報發(fā)送給本網(wǎng)絡上的某個路由器，由該路由器按照轉發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報轉發(fā)給下一個路由器。這就叫作間接交付。,直接交付和間接交付圖,間接交付,間接交付,間接交付,直接交付,直接交付,直接交付不需要使用路由器 但間接交付就必須使用路由器,路由器的結構,“轉發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別,“轉發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉發(fā)表將用戶的 IP 數(shù)據(jù)報從合適的端口轉發(fā)出去。 “路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關于網(wǎng)絡拓撲的變化 情況，動態(tài)地改變所選擇的路由。 路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉發(fā)表是從路由表得出的。 在討論路由選擇原理時，往往不區(qū)分轉發(fā)表和路由表的區(qū)別，而是籠統(tǒng)地使用路由表這一名詞。,路由器的處理 - 路由表與轉發(fā)表,路由器執(zhí)行動態(tài)路由算法，不斷從各相鄰路由器得到關于網(wǎng)絡拓撲的變化情況(如收到RIP或OSPF分組時)，此時將這種分組送交路由器的路由選擇部分處理，根據(jù)路由選擇協(xié)議動態(tài)生成與調(diào)整自己的路由表； 根據(jù)路由表，路由器生成轉發(fā)表； 當路由器從一個端口收到用戶發(fā)來的數(shù)據(jù)分組時，經(jīng)相應處理后放入緩存，路由器根據(jù)分組頭中的目的地址查轉發(fā)表，得到相應的轉發(fā)端口，然后路由器將用戶的分組放入該轉發(fā)端口的隊列中排隊，經(jīng)相應處理后從該端口轉發(fā)出去。,路由器輸入端口的處理,路由器從物理層收到比特流后，送數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)^和幀尾后，將分組送到網(wǎng)絡層的隊列中排隊等待處理。,路由器輸出端口的處理,路由器將交換結構傳送過來的分組先進行緩存，到數(shù)據(jù)鏈路層將分組加上輸出端口的鏈路層的幀頭和幀尾，再交給物理層，經(jīng)輸出端口發(fā)送到外部線路上。,分組丟棄,若路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。 路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生 溢出是造成分組丟失的重要原因。,交換結構（三種方法）,網(wǎng)絡互連面臨的困難,互連在一起的網(wǎng)絡要進行通信，會遇到許多問題需要解決, 如： 不同的尋址方案 不同的最大分組長度 不同的網(wǎng)絡接入機制 不同的超時控制 不同的差錯恢復方法 不同的狀態(tài)報告方法 不同的路由選擇技術 不同的用戶接入控制 不同的服務（面向連接服務和無連接服務） 不同的管理與控制方式,中間設備又稱為中間系統(tǒng)或中繼 (relay) 系統(tǒng)。 物理層中繼系統(tǒng)：轉發(fā)器(repeater)。 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。 網(wǎng)絡層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。 網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。 網(wǎng)絡層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(gateway)。,網(wǎng)絡互相連接要使用一些中間設備,當中繼系統(tǒng)是轉發(fā)器或網(wǎng)橋時，一般并不稱之為網(wǎng)絡互連，因為這僅僅是把一個網(wǎng)絡擴大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡。 互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進行互連的網(wǎng)絡。 在網(wǎng)絡層以上的中繼系統(tǒng)，稱為網(wǎng)關。用網(wǎng)關連接兩個不兼容的系統(tǒng)需要在高層進行協(xié)議的轉換。 由于歷史的原因，許多有關 TCP/IP 的文獻將網(wǎng)絡層使用的路由器稱為網(wǎng)關。,網(wǎng)絡互連使用路由器,互連網(wǎng)絡與虛擬互連網(wǎng)絡,虛擬互連網(wǎng)絡的意義,所謂虛擬互連網(wǎng)絡也就是邏輯互連網(wǎng)絡，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡的異構性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡從用戶看起來好像是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡。 使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡可簡稱為 IP 網(wǎng)。 使用虛擬互連網(wǎng)絡的好處是：當互聯(lián)網(wǎng)上的主機進行通信時，就好像在一個網(wǎng)絡上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡異構細節(jié)。,名詞 internet 和 Internet,以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(wǎng)絡互連而成的虛擬網(wǎng)絡。 以大寫字母 I 開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡相互連接而成的特定計算機網(wǎng)絡，它采用 TCP/IP 協(xié)議族，且其前身是美國的 ARPAN