文章目錄

• 前言
• 概念
• • 一、網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)概述
  • • （一）三大核心功能
    • （二）通信兩大陣營(yíng)
  • 二、交換技術(shù)
  • • （一）交換技術(shù)的分類(lèi)
    • （二）電路交換和分組交換
    • （三）虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)
  • 三、路由
  • • （一）路由功能概述
    • （二）IP編址和尋址
    • （三）尋徑與轉(zhuǎn)發(fā)
    • （四）不同類(lèi)型的路由
    • • 1、靜態(tài)路由
      • 2、獨(dú)立路由
      • 3、中心路由（集中路由）
      • 4、分布式路由
    • （五）兩種重要的路由算法
    • • 1、距離矢量算法
      • 2、距離矢量算法分析
      • 3、鏈路狀態(tài)算法
      • 4、鏈路狀態(tài)算法和距離矢量算法的比較
    • （六）分級(jí)路由體系
    • （七）組播、移動(dòng)路由
  • 四、網(wǎng)絡(luò)擁塞
  • • （一）網(wǎng)絡(luò)擁塞概述
    • （二）網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù)
    • （三）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量
  • 五、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
  • • （一）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述
    • （二）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)
    • • 1、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)
      • 2、隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)
      • 3、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)
  • 六、網(wǎng)絡(luò)層實(shí)例：IP協(xié)議、IPv6協(xié)議、LTE等
• 參考資料

前言

筆者系電子科技大學(xué)2019級(jí)在讀本科生，針對(duì)本學(xué)期學(xué)校開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)課程，將學(xué)習(xí)筆記以博客形式上傳到CSDN上以便日后復(fù)習(xí)整理，其中的瑕疵歡迎大家向我指正，在評(píng)論區(qū)多多交流討論。（考后整理筆記，這波是《朝 花 夕夕夕夕夕 拾》）

概念

一、網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)概述

（一）三大核心功能

路由功能

擁塞控制

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

（二）通信兩大陣營(yíng)

（1） 電信-網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，終端簡(jiǎn)單；面向連接；通信子網(wǎng)為主干，客戶端為接入
（2） IETF-網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、高效，終端復(fù)雜；對(duì)等的互聯(lián)結(jié)構(gòu)

二、交換技術(shù)

（一）交換技術(shù)的分類(lèi)

（二）電路交換和分組交換

🔺交換是路由功能的基礎(chǔ)

電路交換和分組交換對(duì)比
電路交換（時(shí)分復(fù)用，各通信放在各時(shí)隙）：
（1） 通信期間具有一條專(zhuān)用的線路
（2） 通信三階段：呼叫、維持、拆除
（3） 面向流，數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)交換節(jié)點(diǎn)時(shí)只有傳播延遲
（4） 不適合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理
分組交換：
（1） 以分組為單位，將數(shù)據(jù)切分成較小的分組（分組過(guò)小會(huì)增加開(kāi)銷(xiāo)）
（2） 各分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上獨(dú)立存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，逐站尋徑
（3） 分組經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)延遲和尋徑的延遲
比較：電路交換透明性強(qiáng)，分組交換適應(yīng)性強(qiáng)，帶寬利用率高

時(shí)序圖

端到端的延時(shí)計(jì)算
（1）電路交換

（2）分組交換

（三）虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)

數(shù)據(jù)報(bào)交換——標(biāo)準(zhǔn)的分組交換技術(shù)（無(wú)連接）
————存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，逐站尋徑（查路由表）
（1） 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：需要提取地址信息再查表，路由器需要校驗(yàn)分組，產(chǎn)生傳輸延時(shí)：存儲(chǔ)后再轉(zhuǎn)發(fā)
（2） 逐站尋徑：理論上對(duì)資源的最大利用；源同目的的不同分組傳輸路徑可能不同；可以臨時(shí)避開(kāi)“壞道”；可能存在亂序；產(chǎn)生尋徑延時(shí)

虛電路交換——（面向連接）傳輸時(shí)帶上虛電路號(hào)可以替代分組的源、目的地址
（1） 虛電路表表項(xiàng)只需要保持當(dāng)前連接，規(guī)模小，查表快
（2） 利用索引號(hào)可以獲得高速查表速率
（3） 虛電路的連接建立就是各節(jié)點(diǎn)根據(jù)“連接建立請(qǐng)求”查詢路由表；連接拆除，各節(jié)點(diǎn)刪除虛電路映射表

虛電路小結(jié)
（1） 縮小查表規(guī)模，提高查表效率
（2） 需要面向連接的支持，路徑固定不靈活，首份分組的延時(shí)大
（3） 虛電路可以進(jìn)行差控和流量控制
（4） 虛電路不一定與信道資源相關(guān)，不需要專(zhuān)用信道

數(shù)據(jù)報(bào)交換的發(fā)展
（1） 快速轉(zhuǎn)發(fā)表
特殊硬件（cache等）、快速算法、僅放入當(dāng)前正在通信的少量源、目的地址對(duì)
（2） SDN——流標(biāo)記

（3） 多標(biāo)簽交換——MPLS
邊緣路由器查詢路由表，算出路徑，分配“標(biāo)簽”；核心網(wǎng)路由器按標(biāo)簽（查標(biāo)簽表）進(jìn)行交換

三、路由

（一）路由功能概述

路由功能要素：

編址和尋址

路由的最優(yōu)化原則

路由表

Routed，轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

路由選擇算法及特征

路由核心：把分組送上“最優(yōu)路由”。

路由的最優(yōu)化原則——收斂法則

• 若J位于從I到K的最優(yōu)路徑上，則從J到K的最優(yōu)路徑也位于之上——收斂性。

路由表要素

• 目的
• 下一站地址——根據(jù)最優(yōu)化法則，不需要記錄路由的完整序列，也不用告訴后續(xù)路由器這條路徑。
• 連接接口號(hào)
• 度量

路由選擇問(wèn)題的復(fù)雜性

存在多條路徑

最優(yōu)路徑隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓兓赡軉?wèn)題-變化了不更新：斷路或環(huán)路；變化了立即更新：路由振蕩。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般是逐級(jí)匯聚的——可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞

路由選擇技術(shù)分類(lèi)
（1）表驅(qū)動(dòng)路由

• 事先計(jì)算好節(jié)點(diǎn)之間路由表。
• 根據(jù)路由表進(jìn)行PDU轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）按需路由

• 僅在需要轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)，才發(fā)起路由查找過(guò)程，生成路由。
• 或者路由表中沒(méi)有目的地路由時(shí)。
• 多用于拓?fù)渥兓l繁的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

表驅(qū)動(dòng)路由技術(shù)

• 靜態(tài)路由——路由表的路由不自動(dòng)改變，除非人工改變。
• 獨(dú)立路由——路由自動(dòng)變化，但不與其他路由器交流路由信息。
• 動(dòng)態(tài)路由——路由隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓詣?dòng)變化
• 集中式路由——中心路由器計(jì)算
• 分布式路由——每個(gè)路由器分別計(jì)算路由（鏈路狀態(tài)算法、距離矢量算法）

（二）IP編址和尋址

IP地址——點(diǎn)分十進(jìn)制法
地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)形成，網(wǎng)絡(luò)號(hào)是路由器尋址的主要判決依據(jù)。

IP地址分類(lèi)

D類(lèi)、E類(lèi)地址

判斷IP地址的類(lèi)別——地址首個(gè)字節(jié)的數(shù)值
A：0~127
B：128~191
C：192~223
D：224~239

無(wú)分類(lèi)地址

• 子網(wǎng)：將分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)劃分為更小
• 超網(wǎng)：將幾個(gè)連續(xù)的分類(lèi)網(wǎng)合并成一個(gè)更大的網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)號(hào)的計(jì)算方法——IP地址和掩碼按位相與
子網(wǎng)掩碼特點(diǎn)

尋址模型
IP設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模型中，每個(gè)接口有一個(gè)不同的IP地址

• 每個(gè)路由器就擁有了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址

IP地址的編址規(guī)范

• 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和上網(wǎng)計(jì)算機(jī)均統(tǒng)一編址
• 一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少一個(gè)IP地址：路由器一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口連接一個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)；每個(gè)接口一個(gè)IP地址

尋址與轉(zhuǎn)發(fā)

• 物理網(wǎng)內(nèi)，依靠物理網(wǎng)自身機(jī)制
• 路由器在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，根據(jù)目的地地址選擇路徑并轉(zhuǎn)發(fā)
• 需要一種機(jī)制在IP地址和物理網(wǎng)地址之間進(jìn)行映射
  ①ARP，廣播詢問(wèn)，知者應(yīng)答
  ②HSS，詢問(wèn)HSS服務(wù)器，獲得IP地址對(duì)應(yīng)的物理網(wǎng)地址

🔺轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)交換機(jī)：數(shù)據(jù)包MAC、IP地址不變；經(jīng)過(guò)路由器：數(shù)據(jù)包源目的MAC地址改變、IP地址不變

（三）尋徑與轉(zhuǎn)發(fā)

路由表類(lèi)型

基本信息表（本地表）——直接相連的節(jié)點(diǎn)

路由信息表（庫(kù)）——收集到的路由信息

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表（Forwarding Table）——多數(shù)時(shí)又稱(chēng)路由表，由前兩者組合而來(lái)
①最佳路由
②缺省路由（Default Route）

查表方法

最短適配：從高地址部分開(kāi)始適配，即從最大范圍開(kāi)始，然后縮小范圍

最長(zhǎng)適配【IP使用】：從低地址部分開(kāi)始適配，掩碼最長(zhǎng)的地址開(kāi)始匹配，即從最接近主機(jī)的路由開(kāi)始，逐漸增大范圍

其他查找算法：順序、折半、哈希……通常與最短最長(zhǎng)配合使用提高效率

完整適配：逐個(gè)全址比對(duì)——效率低
①多條同目路由：按最佳、公平、穩(wěn)定等原則選擇
②多條同目同值路由：可考慮負(fù)載均衡

最長(zhǎng)適配原則——從子網(wǎng)掩碼最長(zhǎng)的開(kāi)始比較，做到“盡可能精確”

（四）不同類(lèi)型的路由

1、靜態(tài)路由

關(guān)鍵：不測(cè)量也不利用網(wǎng)絡(luò)信息，而是采用固定規(guī)則選擇路由

• 路由表由人工設(shè)置，事先由人工計(jì)算出最優(yōu)路徑，路由表不會(huì)自動(dòng)改變
• 網(wǎng)絡(luò)變化時(shí)，人工修改路由
• 簡(jiǎn)單，靈活性差
• 適用于小型、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)

2、獨(dú)立路由

(1)洪泛（flooding）——將PDU轉(zhuǎn)發(fā)到其余所有接口

• 目的節(jié)點(diǎn)受到多個(gè)重復(fù)報(bào)文
• 不需要網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?/li>
• 優(yōu)良的健壯性
• 可用于廣播
• 防止無(wú)休止的轉(zhuǎn)發(fā)PDU——PDU生命期（TTL，Time To Live）
• 網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)重，開(kāi)銷(xiāo)大，小網(wǎng)可用
• 適合樹(shù)型，星型網(wǎng)絡(luò)
• 數(shù)據(jù)冗余量太大，會(huì)在會(huì)路上無(wú)限循環(huán)
• 減輕泛射冗余量的方法
  ①不向來(lái)路轉(zhuǎn)發(fā)
  ②延遲發(fā)送——比較接收?qǐng)?bào)文(序號(hào))以確定重復(fù)
  ③丟棄超時(shí)報(bào)文——報(bào)文生存時(shí)限
  ④丟棄重復(fù)報(bào)文——報(bào)文序號(hào)
  a.（不轉(zhuǎn)發(fā)重復(fù)報(bào)文最顯著減少冗余信息量）
  b.（不轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)時(shí)信息實(shí)現(xiàn)難度和開(kāi)銷(xiāo)最大)

(2)隨機(jī)路由——從多個(gè)（能到達(dá)目的地）出口隨機(jī)選擇一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)

• 隨機(jī)概率的設(shè)定——根據(jù)信道負(fù)載
• 特點(diǎn)
  ①不需要網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)性
  ②每次路徑隨機(jī)變化
  ③適合樹(shù)型、星型網(wǎng)絡(luò)
  ④一般不單獨(dú)使用，配合其他協(xié)議-如，達(dá)到多條路徑負(fù)載均衡時(shí)進(jìn)行隨機(jī)路由

（3）最短等待法——根據(jù)接口當(dāng)前狀態(tài)選擇隊(duì)列長(zhǎng)度最短（鏈路度量權(quán)值、鏈路通斷等）的出口
一般不單獨(dú)使用，配合其他協(xié)議——避免擁塞、多條路徑的負(fù)載均衡等

（4）反向地址學(xué)習(xí)

• 記錄分組中的源地址和接收接口
• 分組中增加距離記錄，每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，距離加1，供反向?qū)W習(xí)選擇最佳路由
• 特點(diǎn)
  ①自適應(yīng)路由算法，能逐漸形成最佳路由
  ②動(dòng)態(tài)適應(yīng)新節(jié)點(diǎn)的加入
  ③對(duì)節(jié)點(diǎn)、鏈路故障反應(yīng)遲鈍
  ④使用拓?fù)浞€(wěn)定的小型網(wǎng)絡(luò)

3、中心路由（集中路由）

中心路由（集中路由）
工作方式：各節(jié)點(diǎn)定期把自己的信道、相鄰節(jié)點(diǎn)的情況報(bào)告中心路由計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)算出各節(jié)點(diǎn)到其余節(jié)點(diǎn)的最佳路由，然后把路由表分發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

特點(diǎn)：

• 能形成最佳路由——理想路由（收斂性最高）
• 路由信息上報(bào)、更新、同步困難
• 中心節(jié)點(diǎn)可靠性影響全網(wǎng)

SDN——軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network）

• 將路由的控制和執(zhí)行分離🔺
  ①SDN域控制器生成各路由器（交換機(jī)）的流表
  ②由OpenFlow協(xié)議將流表發(fā)布到各SDN交換機(jī)
• 傳統(tǒng)路由器既包含路由的建立（控制），也包含按路徑的轉(zhuǎn)發(fā)（執(zhí)行）

OpenFlow是控制器與轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信接口標(biāo)準(zhǔn)

此標(biāo)準(zhǔn)上控制器和轉(zhuǎn)發(fā)器可以是不同廠商，不同設(shè)計(jì)的設(shè)備

轉(zhuǎn)發(fā)器專(zhuān)注于快速的交換

控制器專(zhuān)注于復(fù)雜的路由策略，為轉(zhuǎn)發(fā)器生成流表

應(yīng)用與控制器之間也有此思路
①應(yīng)用通過(guò)開(kāi)放API向控制器提出公眾與路由有關(guān)需求
②應(yīng)用還可以通過(guò)開(kāi)放API修改、更新控制策略

4、分布式路由

（1）分布式算法

• 各路由器各自計(jì)算路由
• 可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、以局部最優(yōu)代替全局最優(yōu)——全局優(yōu)化計(jì)算復(fù)雜
• 全網(wǎng)路由理論上是收斂的（收斂法則反證），但工程實(shí)踐中存在不收斂的風(fēng)險(xiǎn)（如交換路由信息不及時(shí)等）

（2）分布式動(dòng)態(tài)路由
基本原理

各路由器主動(dòng)與其他節(jié)點(diǎn)交換信息——路由協(xié)議

節(jié)點(diǎn)獨(dú)立計(jì)算最優(yōu)路由——路由算法

不斷更新路由信息，不斷改變路由以適應(yīng)變化——?jiǎng)討B(tài)

工程實(shí)踐風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)
1. 交換的路由信息可能不及時(shí)：不全、過(guò)時(shí)——導(dǎo)致不收斂
2. 交換的信息越詳細(xì)、交換的頻率越快，路由信息一致性就越好，網(wǎng)絡(luò)的額外開(kāi)銷(xiāo)越大
3. 在額外開(kāi)銷(xiāo)和反應(yīng)速度間尋找平衡

(3)常見(jiàn)的分布式路由算法：
基于網(wǎng)絡(luò)距離的分布式路由算法——距離矢量法
基于信道狀態(tài)的分布式路由算法——鏈路狀態(tài)法

（五）兩種重要的路由算法

1、距離矢量算法

距離矢量

矢量（距離、方向）
①方向——下一跳
②距離——路由的度量（兩部分，我到鄰居的距離+鄰居到目的的距離）

路由表的每一項(xiàng)都是一個(gè)距離矢量

距離矢量算法步驟

• 初始化——各節(jié)點(diǎn)形成本地路由信息表，即鄰接路由器表
• 擴(kuò)散路由信息——各節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散路由表
• 計(jì)算路由——各節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居擴(kuò)散來(lái)的信息，計(jì)算路由
  距離更新=我到鄰居的距離+鄰居到目的的距離
• 不斷擴(kuò)散，不斷計(jì)算——各節(jié)點(diǎn)定期不斷擴(kuò)散
  
  

2、距離矢量算法分析

特點(diǎn)

• 只與鄰居節(jié)點(diǎn)交換路由信息
• 各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立計(jì)算最優(yōu)路徑
• 能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/li>
• 穩(wěn)定后，形成最短路徑
• 算法簡(jiǎn)單

無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題


無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題無(wú)法解決，但可以通過(guò)一定方法降低其發(fā)生的概率
①水平分割技術(shù)
節(jié)點(diǎn)沒(méi)有必要將從某節(jié)點(diǎn)收到的信息再回傳給該節(jié)點(diǎn)——減少多余信息，在某些時(shí)候可能降低錯(cuò)誤概率

②毒性反轉(zhuǎn)技術(shù)
將水平分割技術(shù)中去掉的冗余信息改為無(wú)窮大，阻塞回來(lái)的路徑

距離矢量算法缺點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)的變化擴(kuò)散到全網(wǎng)速度慢
①容易引起連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生大量更新——過(guò)度依賴“別人的正確”
②產(chǎn)生路由更新的振蕩——更新一點(diǎn)，發(fā)布一點(diǎn)

路由收斂速度慢
收斂速度——全網(wǎng)重新統(tǒng)一的速度

容易形成路由環(huán)——在網(wǎng)絡(luò)變化未擴(kuò)散完全時(shí)

3、鏈路狀態(tài)算法

特征：向全網(wǎng)宣告“相鄰”，不同于距離矢量算法：向相鄰宣告全網(wǎng)
步驟

與全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)——交換臨近鏈路質(zhì)量

充實(shí)路由信息庫(kù)——各路由器各自繪制出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/li>

計(jì)算路由表

工作方式：

每個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)試相鄰節(jié)點(diǎn)，得到每條鏈路狀態(tài)（延時(shí)）初始值

每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期和所有節(jié)點(diǎn)交換自己的鏈路狀態(tài)

根據(jù)收集到的各節(jié)點(diǎn)的鏈路及狀態(tài)，計(jì)算到其他節(jié)點(diǎn)的路徑
最小延時(shí)路徑-》最短路徑-》最佳路由

鏈路狀態(tài)算法關(guān)鍵理解

鏈路狀態(tài)——用鏈路的質(zhì)量評(píng)估鏈路狀態(tài)：包括延時(shí)、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、距離、速率、帶寬、可靠性等。常用鏈路的延時(shí)作為鏈路質(zhì)量的度量。

為什么常用線路延時(shí)作為鏈路質(zhì)量的主要指標(biāo)
①延時(shí)比路徑上的節(jié)點(diǎn)數(shù)更能反映網(wǎng)絡(luò)和信道實(shí)際狀況
②具有一定的綜合性，影響延時(shí)的指標(biāo)比較多
③延時(shí)容易測(cè)量——從發(fā)出PDU到收到應(yīng)答來(lái)測(cè)量延時(shí)及變化

如何測(cè)量線路延時(shí)
①利用echo分組的往返延時(shí)來(lái)評(píng)估
②是否計(jì)入載荷——從開(kāi)始排隊(duì)等待發(fā)送算起or開(kāi)始發(fā)送信號(hào)算起
③動(dòng)態(tài)變化——怎樣平滑多次測(cè)量的不同結(jié)果

計(jì)算最佳路由——圖論算法中的各種路由算法
鏈路狀態(tài)算法特點(diǎn)

能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?#xff0c;穩(wěn)定后能形成最短路徑

各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立計(jì)算最優(yōu)路徑——一致性、準(zhǔn)確性有較好保證；不是建立在其他節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果以上

收斂速度快——適合大網(wǎng)使用（由于擴(kuò)散完再計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和過(guò)程不影響擴(kuò)散，同時(shí)不依賴于其他節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果）

算法復(fù)雜，存儲(chǔ)空間需求大
①擴(kuò)散過(guò)程需要特別控制以降低信息冗余量
②需要記錄全網(wǎng)所有鏈路狀態(tài)，算法實(shí)現(xiàn)邏輯復(fù)雜

可用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)

4、鏈路狀態(tài)算法和距離矢量算法的比較

（六）分級(jí)路由體系

簡(jiǎn)化：不在域間暴露域內(nèi)路由細(xì)節(jié)，只有可達(dá)性的信息
抽象：將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)抽象成一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”
歸并：IP網(wǎng)絡(luò)的“超網(wǎng)”，將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)歸并稱(chēng)一個(gè)超網(wǎng)，域間只有一條路由

策略路由
負(fù)載分擔(dān)路由協(xié)議
①按一定策略同時(shí)使用兩條以上的路徑
②如根據(jù)源地址，業(yè)務(wù)類(lèi)型決定走不同路徑——不僅是根據(jù)目的地址
③或平均分配——輪流使用、按寬帶分配、隨機(jī)分配……
應(yīng)用場(chǎng)景
多種接入方式的融合——WiFi、LTE、衛(wèi)星、有線……

（七）組播、移動(dòng)路由

網(wǎng)狀拓?fù)鋸V播的關(guān)鍵問(wèn)題：網(wǎng)狀拓?fù)渖蠐碛泻芏嗷芈?br /> 廣播實(shí)現(xiàn)方法

向每個(gè)目的單獨(dú)各發(fā)送一份拷貝

有控制的洪泛

多目的分組路由
①將所有站點(diǎn)分成多個(gè)組
②廣播分組帶有所有希望的目的地址，分組投放
③路由器選擇適當(dāng)路由，經(jīng)過(guò)該組的所有站

生成樹(shù)（STP）
①將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化為樹(shù)狀
②按樹(shù)的路徑
③沒(méi)有回路

多播樹(shù)（多點(diǎn)播送樹(shù)）

有源樹(shù)
組播組里，每個(gè)發(fā)送源都形成一顆組播樹(shù)；即每個(gè)源一個(gè)樹(shù)表

共享樹(shù)
①組播組里，大家遵循一顆組播樹(shù)——共享樹(shù)
②組播源站先將數(shù)據(jù)發(fā)送到共享樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，由根節(jié)點(diǎn)再沿著樹(shù)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
③減少樹(shù)表的數(shù)量，節(jié)省空間，但轉(zhuǎn)發(fā)路徑和開(kāi)銷(xiāo)不是最優(yōu)

組播樹(shù)上轉(zhuǎn)發(fā)方法——反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)法
①路由器收到組播分組時(shí)，在樹(shù)表中查本機(jī)到達(dá)源地址所用接口
②若收到分組的接口與查到的接口一致，則轉(zhuǎn)發(fā)；不一致則丟棄（避免多次重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)）

關(guān)于主機(jī)移動(dòng)的路由策略——重定向的路徑可以不經(jīng)過(guò)原先的本地代理。

無(wú)限多跳路由技術(shù)

四、網(wǎng)絡(luò)擁塞

（一）網(wǎng)絡(luò)擁塞概述

排隊(duì)論中平均到達(dá)速率小于平均服務(wù)速率時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)
擁塞無(wú)法自愈——一個(gè)點(diǎn)的擁塞會(huì)向全網(wǎng)蔓延，需要盡快找到源頭控制
擁塞的兩種控制策略

開(kāi)環(huán)策略：不使問(wèn)題出現(xiàn)的方法
預(yù)防和避免擁塞

閉環(huán)策略：問(wèn)題可能出現(xiàn)，通過(guò)反饋進(jìn)行控制
檢測(cè)和解決擁塞

開(kāi)環(huán)策略及方法（開(kāi)環(huán)策略：不使問(wèn)題出現(xiàn)，代價(jià)太大）

緩沖區(qū)預(yù)分配給用戶

網(wǎng)絡(luò)分組定額控制

分組丟棄——丟棄超過(guò)限度或容量的分組；隨機(jī)丟棄用戶分組，降低總負(fù)載

閉環(huán)策略及方法

• 擁塞的檢測(cè)
  ①路由器參數(shù)的持續(xù)性陡升
  線路利用率——負(fù)載率上升，利用率下降
  緩沖隊(duì)列長(zhǎng)度
  分組因緩存滿的丟棄率
  ②源端感知
  應(yīng)答分組返回時(shí)間的加大
  要求重傳次數(shù)增多
  ③目的端感知
  流量的下降
  丟包率的上升
• 擁塞的反饋
  隱式反饋——立足于自己的觀察結(jié)果，如確認(rèn)分組的延時(shí)加大
  顯示反饋——從擁塞點(diǎn)向源端發(fā)出警告信息
• 擁塞解除的常用措施
  增加線路、設(shè)備
  另選路徑——分散流量到不同路徑
  拒絕為新用戶服務(wù)——較嚴(yán)重時(shí)
  降低對(duì)當(dāng)前用戶的服務(wù)質(zhì)量，要求源降速——嚴(yán)重時(shí)
  丟棄擁塞點(diǎn)內(nèi)所有的分組，載荷脫落——特別嚴(yán)重時(shí)（最壞的方案）

（二）網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù)

1、網(wǎng)絡(luò)供給調(diào)整

• 思路：增加網(wǎng)絡(luò)供給，緩解擁塞
• 方法
  冗余——冗余線路或設(shè)備
  增購(gòu)——向運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買(mǎi)更多帶寬
  升級(jí)——長(zhǎng)期觀察后，對(duì)承載流量大的線路或設(shè)備進(jìn)行升級(jí)
• 特點(diǎn)：長(zhǎng)期演進(jìn)

2、流量感知路由

• 思路：改變路由的度量，重新選路；重新選路繞開(kāi)擁塞點(diǎn)
• 方法：將負(fù)載和度量關(guān)聯(lián)起來(lái)
• 問(wèn)題：
  ①簡(jiǎn)單改變負(fù)載容易導(dǎo)致路由振蕩
  ②把不同負(fù)載均勻地加載到不同鏈路上需要時(shí)間逐步調(diào)整——流量工程

3、準(zhǔn)入控制

• 思路：
  如果鏈路只能容納10條虛電路的帶寬，那么第11條就不允許建立了；結(jié)合流量感知，讓第11條路換個(gè)路徑
• 方法：
  通過(guò)虛電路或“流”，將控制準(zhǔn)確施加到具體的對(duì)象
  流說(shuō)明——描述流的帶寬需求
  流量整形——將流盡量整形成勻速
  通過(guò)觀測(cè)用戶過(guò)去行為，預(yù)估用戶流量特征，從而可以估算準(zhǔn)入的虛電路數(shù)量

4、流量整形

• 基本思想
  強(qiáng)迫分組以某種可預(yù)見(jiàn)的速率傳送
  調(diào)整用戶數(shù)據(jù)為可控的勻速速率
• 方法
  流說(shuō)明：①用戶與網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)商控制參數(shù)；②允許傳輸速率、突發(fā)特性、丟失允許情況
  漏桶算法：①設(shè)置足夠緩沖；②可以任意速率接收用戶數(shù)據(jù)，但是以勻速間隔向網(wǎng)絡(luò)注入定量數(shù)據(jù)
  

5、流量限制

• 思路
  預(yù)測(cè)快要擁塞了，像源端發(fā)送抑制分組，讓源調(diào)整流量減速
• 方法
  
  路由器通知——各路由器都要發(fā)送抑制分組，對(duì)源的抑制過(guò)狠
  目的端通知——反應(yīng)速度過(guò)慢
  逐跳后壓——可能導(dǎo)致過(guò)早的形成擁塞

6、負(fù)載脫落

• 思路
  路由器來(lái)不及處理分組，快發(fā)生擁塞時(shí)，將這些分組丟棄
• 方法
  ①牛奶策略：保留新分組，丟棄老分組
  適用：老分組作用小，比如實(shí)時(shí)視頻
  問(wèn)題：就分組可能就要超時(shí)，源頭馬上重傳，丟棄無(wú)意義
  ②葡萄酒策略：保留老分組，丟棄新分組
  問(wèn)題：由于分組按序使用，接收到被丟棄的分組的后續(xù)分組依然無(wú)法使用
  ③重要性策略：分析不同應(yīng)用確定分組的重要性，或者由用戶自己標(biāo)定
  問(wèn)題：用戶可能“貪婪”，全部標(biāo)記為“重要”
  ④隨機(jī)丟棄策略：提前隨機(jī)丟棄分組，會(huì)導(dǎo)致發(fā)送方降速（由于TCP擁塞控制導(dǎo)致降速）

（三）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量

描述服務(wù)質(zhì)量

流
端到端的數(shù)據(jù)序列看作一個(gè)“流”
流面向“應(yīng)用”的
流可管，可控
流的概念在不同層可以不同——多數(shù)是指?jìng)鬏攲拥牧?br />

服務(wù)質(zhì)量QoS與流的描述——指標(biāo)化、等級(jí)化、量化
①典型參數(shù)指標(biāo)

②不同應(yīng)用的質(zhì)量需求不同
恒定速率（電話、視頻監(jiān)控）
實(shí)時(shí)可變（壓縮的視頻會(huì)議）
非實(shí)時(shí)可變（視頻點(diǎn)播）
可用（文件）
③實(shí)現(xiàn)方式
用戶傳輸前設(shè)定
期望值和可接受的值
選項(xiàng)協(xié)商

規(guī)范進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的流量
①流量整形——先約定，后監(jiān)管
②漏桶、令牌桶
利用緩存區(qū)
漏桶在出口定時(shí)取定量
令牌桶入口處包括一個(gè)恒定速率的、可積累的令牌流（限定一定范圍B），出口可不恒定

調(diào)度資源滿足流質(zhì)量的需求
①?gòu)牧髻|(zhì)量需求——》虛電路確定路由器及接口——》接口隊(duì)列調(diào)度
②算法
[1] FIFO，公平隊(duì)列算法
[2] 加權(quán)公平隊(duì)列
Fi = max（Ai，F（i-1））+ Li/W
W：權(quán)重，希望給予更高優(yōu)先級(jí)
Ai：到達(dá)時(shí)間
Li：幀長(zhǎng)
本來(lái)到達(dá)時(shí)間Ai越晚，幀長(zhǎng)Li越大，服務(wù)Fi越晚，將Li取權(quán)值，可以提前服務(wù)
[3] 赤字循環(huán)、時(shí)間戳算法……

安全地接收更多流量
準(zhǔn)入控制——保障不會(huì)發(fā)生擁塞-安全；而非信息數(shù)據(jù)安全

資源預(yù)留協(xié)議
（RSVP，Resource reSerVation Protocol）
適合電視會(huì)議，視頻點(diǎn)播地多點(diǎn)播送擁塞控制
多源對(duì)多組接收
接收者可自由切換“頻道”

區(qū)分服務(wù)
①區(qū)分：對(duì)不同類(lèi)別的業(yè)務(wù)，采取不同服務(wù)方式
②快速型轉(zhuǎn)發(fā)
將業(yè)務(wù)區(qū)分為常規(guī)業(yè)務(wù)、快速業(yè)務(wù)
快速業(yè)務(wù)預(yù)留更多的帶寬
快速業(yè)務(wù)在擁塞時(shí)，仍然得到保障
③確保型轉(zhuǎn)發(fā)
分組帶有優(yōu)先級(jí)區(qū)分標(biāo)記
路由器對(duì)應(yīng)有多條隊(duì)列
確保優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分組的處理

五、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

（一）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述

關(guān)鍵問(wèn)題：影響網(wǎng)絡(luò)性能的主要參數(shù)在各網(wǎng)絡(luò)中不同，是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問(wèn)題復(fù)雜性的主要方面

網(wǎng)絡(luò)的差異因素
1、服務(wù)不同

虛電路+數(shù)據(jù)報(bào)——》更像數(shù)據(jù)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)報(bào)更是一種底線策略）

2、協(xié)議不同
就算功能相似，但是：幀格式不同；操作過(guò)程、處理方式不同……

3、尋址方式不同
地址結(jié)構(gòu)和編址不同；地址之間的映射關(guān)系復(fù)雜

4、是否支持組播和廣播
如：電話網(wǎng)絡(luò)不支持廣播，也無(wú)法遷移過(guò)來(lái)ARP的廣播方式尋址

5、MTU（Max Transmission Unit）不一樣
[1] 影響MTU的參數(shù)：編碼方式、傳輸方式、誤碼率，時(shí)鐘……
[2] MTU的產(chǎn)生
硬件：①TDM下的時(shí)隙長(zhǎng)度；②存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)緩沖區(qū)的大小
操作系統(tǒng)：軟件編寫(xiě)最大程度適應(yīng)系統(tǒng)能力，8、16、32位
協(xié)議：①ATM規(guī)定了固定信元長(zhǎng)度②IP：長(zhǎng)度字段為2字節(jié)，最長(zhǎng)為65536（或65536-1）字節(jié)
遵從某種標(biāo)準(zhǔn)：千兆以太網(wǎng)的最大幀長(zhǎng)遵從10兆以太網(wǎng)的規(guī)定
①差錯(cuò)處理上MTU縮小錯(cuò)誤影響范圍
②共享信道上MTU防止分組占用信道時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
[3] MTU對(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的影響
必須將較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包分段，以在MTU較小的網(wǎng)絡(luò)中傳輸
分段技術(shù)
① 透明分段：數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，第一個(gè)網(wǎng)關(guān)將其分段，出口處網(wǎng)關(guān)進(jìn)行重裝
② 不透明分段：進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)第一個(gè)網(wǎng)關(guān)分段，最終目的地負(fù)責(zé)重裝分段，遞交給高層
技術(shù)：分段編號(hào)技術(shù)、分段重裝技術(shù)
[4] 透明分段和不透明分段的比較

🔺IP網(wǎng)絡(luò)采不透明分段
6、是否支持服務(wù)質(zhì)量保障、差錯(cuò)控制、流量控制、網(wǎng)絡(luò)安全、工作參數(shù)、記賬管理方式用的是不透明分段

互聯(lián)方式
[1] 連鎖虛電路——各網(wǎng)絡(luò)中的虛電路連接起來(lái)，建立從源到目的的虛電路
連鎖虛電路性能繼承網(wǎng)絡(luò)中最差的那段虛電路
如何協(xié)調(diào)不同的工作參數(shù)
連鎖虛電路連接維持率=pn
[2] 無(wú)連接互聯(lián)（IP網(wǎng)絡(luò)采用的方式）
盡力傳輸，逐站尋徑體現(xiàn)靈活性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)多樣性（無(wú)連接、面向連接……）適應(yīng)力更強(qiáng)
互聯(lián)網(wǎng)層面較難提供服務(wù)質(zhì)量的保障

協(xié)議實(shí)體間虛通信規(guī)則——異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)的理論基礎(chǔ)
[1] 對(duì)等實(shí)體才能通信
[2] 每一個(gè)實(shí)體，一定有一個(gè)對(duì)等實(shí)體存在
[3] 對(duì)等實(shí)體之間依靠底層服務(wù)，同時(shí)底層實(shí)體的不同可以對(duì)高層屏蔽

（二）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)

1、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)

2、隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)

理論基礎(chǔ)——透明通信
兩個(gè)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)——異構(gòu)網(wǎng)建立隧道傳輸數(shù)據(jù)





🔺可以把隧道兩端的網(wǎng)絡(luò)視作上層，隧道是下層

3、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)

隧道技術(shù)的缺點(diǎn)：
只適應(yīng)兩個(gè)相同網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)第三方網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：需要互聯(lián)的望樓并不個(gè)個(gè)相同；每?jī)蓚€(gè)需要互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)之間建立隧道：n（n-1）/2——O（n2）

1、協(xié)議覆蓋方式——上層尋求統(tǒng)一
[1] 分層結(jié)構(gòu)中上下層透明通信原則和各層獨(dú)立性原則
[2] 具備統(tǒng)一的上一層、下層和本層可以不同（覆蓋層具備一定的選路功能和與不同底層網(wǎng)絡(luò)實(shí)體適配的能力）

網(wǎng)絡(luò)IP化

覆蓋技術(shù)利用網(wǎng)絡(luò)層的路由功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)實(shí)現(xiàn)O（n-1）

2、OSI和TCP/IP模型不同的互聯(lián)思想
OSI思想：
[1] 為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)處定義標(biāo)準(zhǔn)的接口模型
[2] 網(wǎng)絡(luò)接口符合接口標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)成為開(kāi)放系統(tǒng)

TCP/IP思想：
[1] 協(xié)議覆蓋
網(wǎng)絡(luò)層以上是同一種協(xié)議——TCP/IP
TCP/UDP上層應(yīng)用豐富（被廣泛推廣的重要原因）
[2] IP協(xié)議具有分層地址結(jié)構(gòu)，適合大規(guī)模組網(wǎng)
[3] IP協(xié)議向下定義了靈活的網(wǎng)絡(luò)接口層-適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的多樣性
[4] IP協(xié)議簇中有很實(shí)用的路由選擇協(xié)議
[5] TCP/IP協(xié)議源碼公開(kāi)

六、網(wǎng)絡(luò)層實(shí)例：IP協(xié)議、IPv6協(xié)議、LTE等

TOS：標(biāo)識(shí)不同的服務(wù)
Identifier：唯一性標(biāo)識(shí)，識(shí)別不同的分組，便于重裝同一個(gè)IP的分組
Flags：特殊控制
HCS：頭部校驗(yàn)——校驗(yàn)和法
Protocol：上層實(shí)體的協(xié)議

IPv6更大的地址空間，頭部長(zhǎng)度固定，便于硬件快速交換

網(wǎng)絡(luò)虛擬化
NFV——網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化
①在x86結(jié)構(gòu)下，采用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和軟件結(jié)構(gòu)，靈活實(shí)現(xiàn)和配置各種網(wǎng)絡(luò)功能
②用計(jì)算機(jī)來(lái)虛擬化各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

參考資料

中國(guó)大學(xué)MOOC電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第五版） 清華大學(xué)出版社 嚴(yán)偉、潘愛(ài)民 譯

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络学习笔记（六）——网络层、虚电路和数据报交换、路由（距离矢量、链路状态算法）、IP编址、网络拥塞控制、网络互联的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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