《计算机网络》课程教学资源（PPT课件讲稿）Chapter 04 网络层 Network Layer

Chapter 4: Network Layer Chapter goals: 口理解网络层服务原理 o网络层服务模型 o网络层上的重要功能:转发和选路 o路由器工作原理 o选路算法 口因特网的网络层 OIP协议 O ICMP协议 o选路协议:RIP,OSPF,BGP Network Layer 4-2

Network Layer 4-2 Chapter 4: Network Layer Chapter goals:  理解网络层服务原理  网络层服务模型  网络层上的重要功能：转发和选路  路由器工作原理  选路算法  因特网的网络层  IP协议  ICMP协议  选路协议：RIP，OSPF，BGP

Chapter 4: Network Layer 了4.1 Introduction 0 4.5 Routing algorithms 0 4.2 Virtual circuit and o Link state datagram networks o Distance∨ ector 0 4.3 What's inside a o Hierarchical routing router 0 4.6 Routing in the 了4.4TP: Internet Internet Protoco O RIP o Datagram format O OSPF o IPv4 addressing O BGP O ICMP 0 4.7 Broadcast and O IPv6 multicast routing Network le 4-3

Network Layer 4-3 Chapter 4: Network Layer  4. 1 Introduction  4.2 Virtual circuit and datagram networks  4.3 What’s inside a router  4.4 IP: Internet Protocol  Datagram format  IPv4 addressing  ICMP  IPv6  4.5 Routing algorithms  Link state  Distance Vector  Hierarchical routing  4.6 Routing in the Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Broadcast and multicast routing

网络层 口作用:将报文段从发送主机 传送到接收主机 data link 口每一台主机和路由器都运行 networknetwork data link data linl 网络层协议 data link network data link l data link 口发送主机:将传输层报文段 physical physical 封装到网络层分组中,发送 给边缘路由器 data link data link physical 口路由器:将分组从输入链路 physical 转发到输出链路 network physical i data link 口接收主机:从边缘路由器接 I data link 收分组,取出报文段交付给 传输层 Network Layer 4-4

Network Layer 4-4 网络层  作用：将报文段从发送主机 传送到接收主机  每一台主机和路由器都运行 网络层协议  发送主机：将传输层报文段 封装到网络层分组中，发送 给边缘路由器  路由器：将分组从输入链路 转发到输出链路  接收主机：从边缘路由器接 收分组，取出报文段交付给 传输层 application transport network data link physical application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical

网终层的两个主要功能 交通的类比: 口选路∶确定分组从源路口选路:从出发地到目的 由器到目的路由器的路地的路径规划过程 径 口转发:在通过路口时, 门转发:将分组从路由器从一条道路转移到另 的输入端口转移到合适条道路的过程 的输出端口 Network Layer 4-5

Network Layer 4-5 网络层的两个主要功能  选路: 确定分组从源路 由器到目的路由器的路 径  转发: 将分组从路由器 的输入端口转移到合适 的输出端口 交通的类比:  选路：从出发地到目的 地的路径规划过程  转发: 在通过路口时， 从一条道路转移到另一 条道路的过程

选路和转发的关系 routing algorithm 选路:计算转发表 local forwarding table 转发:根据转发表转运分组 header value output link 01012 01112 10011 value in arriving packets header\ Network Layer 4-6

Network Layer 4-6 1 2 3 0111 value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1 选路和转发的关系 选路：计算转发表 转发：根据转发表转运分组

建立网络连接(某些网终) 口某些网络架构还存在第3个重要的功能:建立连接 o例如:ATM,帧中继,X25 口在传输分组之前,两个端系统之间建立连接(建 立传输需要的状态信息) 口网络层连接vs传输层连接 o传输层连接:进程-进程,连接状态仅保存在端系统中 o网络层连接:主机-主机,连接状态保存在源主机、目 的主机及所有中间路由器上 Network le 4-7

Network Layer 4-7 建立网络连接（某些网络）  某些网络架构还存在第3个重要的功能：建立连接  例如：ATM，帧中继，X.25  在传输分组之前，两个端系统之间建立连接（建 立传输需要的状态信息）  网络层连接 vs 传输层连接:  传输层连接：进程-进程，连接状态仅保存在端系统中  网络层连接：主机-主机，连接状态保存在源主机、目 的主机及所有中间路由器上

网终服务模型 网络服务模型定义了分组在发送主机与接收主 机之间传输时的特性 可对单个分组提供的服务可对分组流提供的服务 口保证交付 口有序交付 口具有时延上界的保证交付口保证最小带宽 口保证最大时延抖动(分组 端到端时延的最大差异) Network Layer 4-8

Network Layer 4-8 网络服务模型 网络服务模型定义了分组在发送主机与接收主 机之间传输时的特性 可对单个分组提供的服务  保证交付  具有时延上界的保证交付 可对分组流提供的服务  有序交付  保证最小带宽  保证最大时延抖动（分组 端到端时延的最大差异）

网终层服务模型举例 Network Service Guarantees Congestion Architecture Model Bandwidth Loss Order Timing feedback Internet best effort none no no no(inferred via loss ATM CBR恒定速率 yes yes yes无拥塞发生 ATM ABR最小速率 no yes no yes 不同架构的网络提供的网络层服务可能不同 同一个网络也可以提供不同的网络层服务 Network Layer 4-9

Network Layer 4-9 网络层服务模型举例 Network Architecture Internet ATM ATM Service Model best effort CBR ABR Bandwidth none 恒定速率 最小速率 Loss no yes no Order no yes yes Timing no yes no Congestion feedback no (inferred via loss) 无拥塞发生 yes Guarantees ? 不同架构的网络提供的网络层服务可能不同 同一个网络也可以提供不同的网络层服务

Chapter 4: Network Layer 4.1 Introduction 0 4.5 Routing algorithms 0 4.2 Virtual circuit and o Link state datagram networks o Distance∨ ector 0 4.3 What's inside a o Hierarchical routing router 0 4.6 Routing in the 了4.4TP: Internet Internet Protoco O RIP o Datagram format O OSPF o IPv 4 addressing O BGP O ICMP 0 4.7 Broadcast and O IPv6 multicast routing Network Layer 4-10

Network Layer 4-10 Chapter 4: Network Layer  4. 1 Introduction  4.2 Virtual circuit and datagram networks  4.3 What’s inside a router  4.4 IP: Internet Protocol  Datagram format  IPv4 addressing  ICMP  IPv6  4.5 Routing algorithms  Link state  Distance Vector  Hierarchical routing  4.6 Routing in the Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Broadcast and multicast routing

面向连接的服务,无连接服务 两种基本的网络类型 数据报网络:提供网络层无连接服务 虚电路网络:提供网络层面向连接服务 口网络层服务 口传输层服务 o主机一主机 O进程-进程 o一个网络不能同时提 o可同时提供两种服务 供两种服务 o在网络边缘实现 o在网络核心实现 Network Layer 4-11

面向连接的服务，无连接服务  网络层服务  主机-主机  一个网络不能同时提 供两种服务  在网络核心实现  传输层服务  进程-进程  可同时提供两种服务  在网络边缘实现 Network Layer 4-11 两种基本的网络类型： 数据报网络：提供网络层无连接服务 虚电路网络：提供网络层面向连接服务