第五章网络层第一讲数据交换方式一、数据交换方式通信子网是若干网络节点和链路按照某种拓扑形式互相连接起来的网络。

一个进网的数据流到达的第一个节点称为源节点；离开子网前到达的最后一个节点称为宿节点。

网络层必须能为所有的进网数据流提供从源殿到宿点的通路，实现这种数据通路的技术称为数据交换技术或称数据交换方式。

电路交换（线路交换）方式数据交换方报文交换存储转发方式数据报分组交换分组交换虚电路分组交换第二讲网络层概述一、网络层的任务网络层的任务是要以分组为单位将数据信息从源节点传送到目的节点。

二、网络层的作用在数据链路层提供的在相邻两个节点之间透明、可靠的传送数据帧的功能基础上，进一步管理网络中的通信，将从传输层交出的数据以分组为单位，从源节点通过通信子网延适当的路径传输到目的节点。

三、网络层的功能1、向传输层提供服务2、路由选择3、拥塞控制4、网络互联四、网络层提供的服务1、面向连接的网络服务——虚电路服务2、无连接的网络服务——数据报服务五、面向连接的网络服务——虚电路服务1）什么叫做虚电路在通信之前需要在源节点和目的节点之间建立一条逻辑上的网络连接，我们称之为虚电路。

2）建立虚电路的过程建立连接数据交换拆除连接（1）虚电路的建立提供虚电路服务的节点，除有一张路由表外，还有一张经过本节点的虚电路入口、出口表，所谓建立两个主机之间的虚电路，实际上就是填写这两个主机之间沿途各节点的入口、出口表。

（2）数据传送虚电路一旦建立，所有待发的数据分组均由此虚电路传送。

这样，当一个分组沿一条虚电路传送时，分组头不需要目的主机的全部地址，只要带虚电路号就可以了。

（3）虚电路的释放当数据传输结束后，源主机发一呼叫清除分组给目的主机，目的主机送回一清除确认分组给源主机。

至此，该虚电路就释放了，即从入口、出口表中删去相应信息。

2、无连接的网络服务——数据报服务1）没有虚电路建立的过程，每一个发出的分组（称为一个数据报）都携带了完整的目的地址信息，因而每一个分组都可以独立的选择路由。

2）分组到达目的节点的顺序有可能与发送顺序不完全一致，甚至会失去某些分组。

3）要求接收方主机具有重新排序、纠正重复或丢失分组的功能。

4）在每个节点同样要有一个路由表，按照每个分组所携带的目的地址查找路由表来决定应沿哪条路径转发分组。

第三讲拥塞控制拥塞控制一、几个概念1、什么是吞吐量？吞吐量（Throughput）是指单位时间内系统所处理的信息量。

2、什么是输入负载？输入负载是指单位时间内资源子网向通信子网所传送的信息量。

3、什么是拥塞？当网络中的流量过大时，就会导致网络中的节点不能及时的处理和转发所到的分组，从而增加信息的传输时延。

若流量再增大，则会使某些节点因无缓冲区来接收新到达的分组，使网络的性能明显变差，这时网络的吞吐量将随着输入负载的增加而下降，这种情况称为拥塞。

4、什么是死锁？通信子网中某一处发生拥塞，因丢弃过量的分组而引发发送节点重发这些分组，它所占用的缓冲区不能得到正常的释放，到达发送节点的分组也会因为得不到缓冲区而丢失，这种连锁反应很快波及网络中的各个节点，引起全局拥塞。

严重的拥塞会使网络的吞吐量下降到零，网络完全不能工作，即网络发生了死锁。

死锁的分类1）存储转发死锁直接死锁 间接死锁出现拥塞的条件对资源的需求>可用资源单纯的增加资源不一定能解决拥塞问题，甚至可能更坏。

二、拥塞预防的方法 1、预定缓冲区法 适用于虚电路子网。

2、抑制分组法在出现拥塞前兆时，对分组进行截流。

输出线路利用率u=近期实际数据数率/最大数据数率 3、许可证法限制通信子网中的分组数目，使之不超过某一固定值。

A BA C4、分组丢弃法第四讲 路由选择 基本概念1、路由是指对到达目标网络所进行的最佳路径选择。

2、网络层完成路由功能的专有网络互连设备称为路由器。

3、第三层交换机4、软件路由5、路由器将所有关于如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来，这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。

6、路由选择模块当路由器得到一个IP 分组时，由路由模块来根据路由表完成路由查询工作。

理想的路由算法一、什么叫做路由算法网络节点在收到一个分组后，决定在哪一条输出链路上传送下去所使用的策略。

二、理想的路由算法的一些特点 1、正确性 2、简单性 3、坚固性 4、稳定性 5、公平性 6、最佳性最短路径选择算法例：寻找从节点A 到网络中其它各节点的最短距离。

令D(v)为源节点（A ）到节点V 的距离。

令N 表示网络节点的集合，初始时N={A}。

令l(i ，j)为节点i 到节点j 的距离。

算法： 1）初始化(A ，V)若节点A 与节点V 直接相连。

D(v)=∞若节点A 与节点V 不直接相连。

2）寻找一个不在N 中的节点W ，其中D(W)值为最小，把W 加入到N 中，然后对所有不在N 中的节点，用D(V)和[D(∞)+λ (∞，V)]中的较小的值去更新原有的D(V)值，即： D(V) min [D(V) ，D(∞)+λ (∞，V)] 3）重复步骤2）直到所有节点都在N 中为止。

静态路由和动态路由1、静态路由是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项，也称为非自适应路由。

2、动态路由是依靠路由协议自主学习而获得的路由信息，也称为自适应路由。

A B C DEF1112 3 5 2325第五讲IP协议一、IP协议的作用与特点1、IP协议是一个不可靠的、无连接的数据报传输协议。

1）无连接表明IP协议不维持IP分组发送后的状态信息，并且每个数据分组的处理是相对独立的。

2）不可靠意味着IP协议不能保证每个IP 分组能够成功地到达目的结点，也不保证分组传输顺序的正确性。

新型的计算机网络必须满足要求有一条是能够非常可靠的传送数据，但因特网的网络层使用IP协议，它只能提供不可靠的传输，那么这里有没有矛盾？网络协议是IP 没错. 但是构建网络的协议是一个协议栈,叫做TCP/IP. TCP是可靠的传输机制,使用握手原则来建立连接.而并非IP单一的执行网络规则。

2、IP协议是一个支持异构网络互连的网络层协议。

不同网络技术的主要区别在数据链路层和物理层。

IP协议通过对IP分组的有效定义，以统一的IP分组传输提供了对异构网络互连的支持，将各种网络技术在物理层和数据链路层的差异统一在了IP协议之下，向传输层屏蔽了通信子网的差异。

二、逻辑地址与物理地址1、IP数据报中的源IP地址和目标IP地址是网际层用以标识源主机和目标主机的逻辑地址。

1）可配置的编址模式1）层次化的编址模式2、物理地址如：MAC地址。

1）采用静态的编址模式2）采用连续地址编码MAC地址作为一种平面化的地址，他不能提供主机所处的网络位置或结构信息。

三、IP地址的结构、分类与表示1、IP地址的结构IPv4定义的IP地址是一个32位长度的二进制地址，由网络标识和主机标识两部分组成。

其中网络标识用于标识该主机所在的网络，又称网络号；主机标识则表示该主机在相应网络中的序号，又称主机号。

2、IP地址的表示1）IP地址以32个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。

为了便于用户阅读和理解IP地址，Internet管理委员会采用了一种“点分十进制”表示方法表示IP地址。

2）将IP地址分为4个字节（每个字节8个比特），每个字节用十进制表示，每个十进制数的取值范围是0～255，且相邻两个十进制数间用“．”分隔。

3、IP地址的分类1）IP地址一共分为5类：A类、B类、C 类、D类和E类。

其中A、B和C类地址是基本的Internet地址，是用户使用的地址，为主类地址。

D类和E类为次类地址。

A类地址的前一个字节表示网络地址，且最前端1个二进制位固定是“0”。

表示的地址范围是从1.0.0.0～127.255.255.255。

A类地址允许有27―2=126个网络（网络地址的0和127保留用于特殊目的），每个网络有224―2=16777214个主机。

B类地址的前两个字节表示网络地址，且最前端的2个二进制位固定是“10”。

表示的地址范围是从128.0.0.0～191.255.255.255。

B 类地址允许有214=16384个网络，每个网络有216―2=65534个主机。

C类地址的前三个字节表示网络地址，且最前端的3个二进制位是“110”。

表示的地址范围是从192.0.0.0～223.255.255.255。

C类地址允许有221=2097152个网络，每个网络有28―2=254个主机。

D类地址不标识网络，一般用于其它一些特殊用途，如供特殊协议向选定的节点发送信息时使用，它又被称作广播地址。

它的地址范围是从224.0.0.0～239.255.255.255。

E类地址尚未使用，暂时保留将来使用。

它的地址范围是从240.0.0.0～主机标识网络标识247.255.255.255。

2）特殊IP地址及其作用A：网络标识地址具有正常的网络号部分，而主机号部分为全0的IP地址代表一个特定的网络，被称为网络标识地址或网络号地址。

102.0.0.0 138.1.0.0 198.10.1.0分别代表了一个A类、B类和C类网络位于同一网络中的主机必然具有相同的网络号，而且它们之间可以直接互相通信；而网络号不同的主机之间则不能直接进行相互通信，必须经过第三层网络设备如路由器进行转发。

B：网络广播地址具有正常的网络号部分，而主机号部分为全1的IP地址代表在指定网络中的广播，被称为直接广播地址。

102.255.255.255138.1.255.255198.10.1.255分别代表在一个指定的A类、B类和C类网络中的广播。

C：回送地址在A类网络中，当网络号部分为127、主机部分为任意值时的地址被称为回送地址。

该地址用于网络软件测试以及本地进程之间的通信。

如：用127.0.0.1来测试本地IP软件是否正常。

四、IP地址的规划IP地址的分配可以采用静态和动态两种。

1、静态分配所谓静态分配是指由网络管理员为主机指定一个固定不变的IP地址并手工配置到主机上。

2、动态分配动态分配主要以客户机-服务器模式、通过动态主机控制协议（DHCP）来实现。

第六讲子网的划分一、IP地址规划中的两个问题1、IP地址的浪费。

2、地址资源的短缺。

网络管理刺激了IP地址的需求。

为了提高IP地址的利用率，解决IP地址资源的短缺，人们引入了子网划分。

二、子网划分的概念1、子网划分是指由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，这些被分出来的更小的部分称为子网。

2、对子网划分，可以将表示主机地址的二进制数中划分出一定的位数用做本网的各个子网，剩余的部分作为相应子网的主机地址。

划分多少位二进制给子网，取决于具体的需要。

在划分了子网以后，IP地址实际上就由三部分组成——网络地址、子网地址和主机地址。