计算机网络原理-网络层_什么是流量感知路由

第一节 网络层服务

概念
网络层是介于传输层和数据链路层之间，传输层提供端到端的进程间通信服务，数据链路层的功能则是实现物理链路直接相连的两个节点之间的数据帧传输服务， 网络层则关注的是如何将承载传输层报文段的网络层数据报从源主机送达到目的主机。

因为在大部分的网路环境下，绝大部分的数据报都要经过多个路由器才能从源主机送达到目的主机。因此网络层需要实现两项重要的功能：

1.转   发：当通过一条输入链路接收到一个分组后，路由器需要决策通过哪条输出链路将分组发送出去，并将分组从输入端口转发到输出端口。
2.路由选择：当分组从源主机流向目的主机是，必须通过某种方式决定分组经过的路由或者路径，计算分组所经过的路径的算法称为路由选择或者是路由选择算法。
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举个例子：
以驾驶汽车出行类比，很多人出门都会选择使用地图来进行导航，在驾驶者选择好出发地（源主机）和目的地（目的主机）之后，地图会通过某种方法（路由选择算法）来为驾驶者规划处若干条路线（路由），驾驶者会从中选择一条，这类似于网络层路由选择的过程。当驾驶者来到一个十字路口时，驾驶者能狗知道往哪个路口继续出发，这类似于网络层的转发过程。

路由是如何之后将分组转发到哪条链路上呢？
每个路由都有一个转发表（路由表），其表结构类似于一种键值对的结构。当一个分组到达路由器的时候，路由器会以该分组网络层首部（例如IP地址）当做键，去转发表查询相应的值，从而获得分组应该转发至哪条数据链路之上。

网络层除了提供转发的功能外，一些面向连接服务还提供一个重要的网络层功能：连接建立。

第二节 数据报网络和虚电路网络

数据报网络

按照目的主机进行路由选择的网络称为数据报网络。
用数据报方式发送数据时，将每个分组作为一个独立的数据报进行发送。
每个分组交换机上有一个把目的主机映射到某个输出链路上的转发表，每当有一个分组到达分组交换机时，该分组交换机就会检查分组的目的地址，并以改地址检索自己的转发表，决策合适的输出链路，然后将该分组发送到这个输出链路之上。

虚电路网络

虚电路网络在网络层提供面向连接的分组交换服务。

通信之前双方需要先建立虚电路，通信结束后再拆除虚电路。虚电路是在源主机和目的主机一条路径上建立的一条网络层逻辑连接，为区别于电路交换，我们称之为虚电路。

• 每条虚电路上都有虚电路号，称之为虚电路标识（VCID）
• 一条虚电路（VC）由3个要素构成：
  1.从源主机到目的主机之间的一条路径；
  2.该路径上每条链路各有一个虚电路标识（VCID）；
  3.该链路上每台分组交换机的转发表中记录着虚电路标识的关系。

第三节 网络互连与网络设备互连

异构网络互连

异构网络是指两个网络的通信技术和运行协议不同。异构网络互连的基本策略主要包括协议转换和构建虚拟互连网络。

路由器

路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机。

• 输入端口
  输入端口负责从物理接口接收信号，还原数据链路层帧，提取IP数据报，根据IP数据报的目的IP地址检索路由表，决策需要将该IP数据报交换到哪个输出端口
• 交换结构
  基于内存交换、基于总线交换、基于网络交换
• 输出端口
  输出端口首先提供一个缓存排队的功能，排队交换到该端口的代发分组，并从队列中不断取出分组进行数据链路层数据帧封装，通过物理线路端发送出去
• 处理器
  处理器就是路由器的CPU，负责执行一系列的指令

第四节 网络层拥塞控制

1.网络层拥塞

拥塞是一种持续过载的网路状态，此时用户对网络资源的总需求超过了固定带宽的总容量。
拥塞控制就是端系统或者路由器，通过采取某些措施来避免拥堵的发生，或者对已知的拥塞做出反应，以便尽快消除拥堵。

发生拥堵的原因主要有一下四种：

• 缓冲区容量有限
• 传输线路带宽有限
• 网络节点的处理能力有限
• 网路中的某一部分发生故障

2、流量感知路由

流量感知路由是一种预防网络拥塞的预防措施，可以再一定的程度上缓解和预防拥堵情况。
根据网络负载动态的调整，将网络流量引入不同的链路，均衡网络负载，从而降低延迟和避免拥塞的情况发生。

3、准入控制的基本原理

准入控制是一种广泛用于虚电路网络的拥塞预防技术。准入控制的基本思想是对新建电路的审核，如果新建的电路会导致网络变得拥塞，那么网络将拒绝信电路的建立。
准入控制实现的关键是在于新建一条虚拟电路会不会导致整个网络发生拥塞，应该如何反应。常用的控制方法是基于平均流量和瞬时流量，来判断是否有能力接收一个新的虚拟电路而不发生拥塞。

4、流量调节的基本原理

在网络发生拥塞是，可以通过调整发送方向网络发送数据时的速率来消除拥塞。
当某个网络节点感知到当前网络发生拥塞时，可以通知其上游网络来减缓发送速率，从而逐渐消除拥塞。

第一个问题网络节点如何能感知道已经发生拥塞？

• 对于路由器而言，就是通过输入输出端口排队延迟，来对网络的拥塞情况进行感知。

第二个问题是网络节点感知到当前网络发生拥塞，如何通知上游节点来，从而使发送速率降低？

• 解决这个问题方法有抑制分组和背压两种。
  • 抑制分组
    感知到拥塞的路由器选择一个拥塞的数据报，给该数据报的源主机发送一个抑制分组，抑制分组的目的地址就是从数据报的源主机地址得到的。同时对被拥塞的数据报的头部添加一个标志，从而使该数据报在后续传送的过程中，不会被后续的路由器再次选择来发送分组。
  • 背压
    如果因为发送速率过快而导致网络拥塞的网络结点，与感知到拥塞的网络节点的距离过远，没在抑制分组到达源主机的过程中，又有很多新的分组进入了网络，从而进一步加重了网络的拥塞。就是让抑制分组从拥塞结点到源主机结点每一跳都发挥抑制的作用，知道抑制分组到达源主机，才能使造成网络拥塞的过快发送的速率真正的降下来。

5、负载脱落

通过有选择的主动丢弃一些数据报来减轻网络的负载，从而缓解或消除拥塞。

第五节 Internet网络层

1、IP数据报结构

Internet是典型的数据报结构

1.版本号字段占4位，给出的是IP版本号
2.首部长度占4位，给出的是IP首部长度，包括选项字段，4位可表示最大数值是15，因此IP首 部长度最大应该是60字节
3.区分服务字段占6位，用来指示期望获得那种服务类型
4.数据报长度，占16位，给出IP数据报总字节数，包括首部和数据部分
5.标识字段占16位，用于标识一个数据报
6.标志字段占3位
7.片偏移量字段占13位，标识ip数据报分片封装与源ip数据报相对偏移量
8.生存时间占8位，标识ip数据报可以再网络中通过的路由器的数量
9.上层协议字段占8位，表示该ip数据报封装的是哪个上层协议的数据报
10.首部校验和字段占16位，利用校验和实现对IP数据报的差错检测
11.源IP地址字段占32位，是发出IP数据报的源主机的IP地址
12.目的IP地址字段占32位，是IP数据报需要送达的IP地址
13.选项字段可变，一般占个0-40字节
14.数据字段

 未完待续。。。。。。
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