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课件制作人：沈红 计算机网络 沈阳理工大学 信息科学与工程学院 第5章 网络层与广域网技术 5.1 网络层与广域网技术5.1.1 网络层概述 网络层的功能： ①网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通 信 ②网络层的另一个任务就是要选择合适的路由 5.1.2 数据报与虚电路 在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎 样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长 期的争论。 争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交 付应当由谁来负责？是网络还是端系统？ 因特网采用的设计思路 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最 大努力交付的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分 组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无 关（不进行编号）。 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组 可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终 点），当然也不保证分组传送的时限。 尽最大努力交付的好处 由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这 就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价 格低廉（与电信网的交换机相比较）。 如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要 是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责 （包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降 低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初 采用这种设计思路的正确性。 5.2 路由选择5.2.1 路由选择的作用及原则 路由选择：当一个网络结点在收到一个分组后，要 确定向下一个结点传送的路径。 确定路由选择的策略称为路由选择算法 （Routing Algorithm ） 。路由选择算法是实现 最佳路由选择的步骤和方法 理想的路由算法 正确和完整及计算上是简单的 能够自适应通信量及网络拓朴的变化 稳定的、公平的 所谓最佳的，即相对于某一特定要求下得出较为合理的选择 算法分类 非自适应路径选择算法，也叫静态路由选择 自适应路径选择算法，也叫动态路由选择 5.2.2 静态路由选择 1、非自适应路由选择 固定路由法：网络中都有一个网络控制中心，由它 按照最佳路由算法求出每个结点到网络中其它结点最佳路 由。每一个结点保持一张路由表，表上标明每一个目的地 址应走哪条链路，关键的问题是要算出给定网络中任意两 个结点之间的最短通路 优点：简便易行，在负载稳定、拓扑结构变化不大的网络 中运行效果较好。 缺点：灵活性差，无法应付网络中发生的阻塞和故障。 2. 扩散式路由选择（也叫泛洪法） 泛洪法：源结点把分组发送给每个相邻结点,每个中间 结点接收到分组后复制若干个拷贝,转发给除输入链路之 外的其它各个相邻结点,这样同一分组的拷贝像洪水泛滥 一样,迅速布满全网,总有一个拷贝最先到达目标结点。 这种方法用于诸如军事网络稳健性要求较高的场合。 泛洪路由选择可被用来进行网络的最短路径及最短传输延迟的测试。 3.随机式路由选择 方法有两种： ①完全随机：若与结点相连的链路路径有N条，对输出路径依次编 号，结点收到分组后，产生一个从1到N之间的随机数i，把该分组 送到第i条输出路径上转发。 ② 轮选法：是指对所有与该结点连接的链路进行排序， 当该结点每接收到一个分组时，依次选一输出路径转发到 来的每一个分组。就将其根据排序的先后顺序，依次发送 出去。 特点：实现简单，但实际路由有可能不是最佳路由 ，这会增加不必要的负担，而且分组传输延迟也不可预 测，所以此方法应用较少 其中Rj是各链路数据速率，Ri是某条链路的数据速 率，Pi是选择此链路的概率。 5.2.3 动态路由选择 分为三类： 1.独立路由选择算法（热土豆hot potato 算法 ） 当一个分组到来时，结点必须尽快脱手，将其 放入输出队列长度最短的方向上排队，而不管该 方向通向何方。 特点：各结点只考虑结点本身的状况，即根据 本结点所搜集到的有关信息做出路由选择的决 定，但与其它结点不交换路由选择信息。 2.集中式路由选择 集中式路由选择是在网络中的某个中心结点计 算网络中的路由，然后把路由信息再传递到网络 中的各个结点。 路由控制中心（Routing Control Center， RCC）定时根据网络状态计算、生成并分发到各 相应结点。 3.分布式路由选择 把路由选择分散到网络中的每个结点，由每个 结点通过与相邻结点周期性的交换网络中的路由 信息，对路由表中路由信息进行更新 5.2.4 路由选择算法举例 1、最短路径算法举例 基本思想是：把网络看成是一个加权图；图中 的每个结点代表一个路由器。每条边表示一条通 信链路，边的权值为这条边的长度，它可以是真 正的物理距离，也可以是信道的带宽、平均通信 量等其它度量。这样网络中