计网自顶向下第四章归纳（网络层）

4.1概述 路由器（不运行应用层网络层协议）的主要作用是将数据从入链路转发到出链路。A,B两主机通信：A中网络层取得于A运输层的报文段，每个报文段封装成数据报，向相邻路由器发送。网络层作用：将分组从一台发送主机发送到另一台接受主机。IP协议：编址规则，数据报格式，分组处理规则。

4.1.1转发和路由选择 转发：分组从（路由器）输入链路接口转移到适当输出链路接口的路由器本地动作。路由选择：分组从发送方发往接收方时，网络层须决定分组采用的路由或路径。路由选择算法：计算采用的路径的算法，决定了插入路由器的转发表中的值。转发表的使用：路由器检查到达分组首部字段的值来转发分组，后使用该值在该路由器转发表中查询。分组交换机：一台通用分组交换设备，根据分组首部字段中的值，从输入链路接口道输出链路接口转移分组。某些分组交换机称为链路层交换机（基于链路层字段中的值做转发决定），其他称为路由器（根据网络层.....）。

4.1.2网络服务模型（定义了分组在发送与接收端系统之间的端到端运输特性）发送主机中，运输层-->网络层，网络层提供特定服务：确保交付；具有时延上界的确保交付。为给定源和目的地之间分组流提供：有序分组交付；确保最小带宽（模仿传输链路行为，发送方主机以低于特定比特率的速率传输比特（作为分组的组成部分），则分组不会丢失）；确保最大时延抖动（确保发送方的两个相继分组之间的时间量等于在目的地接收到它们间时间量，或间隔变化不超过特定值）；安全性服务。尽力而为服务：分组间定时不能确保被保证，分组接收的顺序也不能保证与发送顺序一致，传送的分组也不能保证最终交付。其他网络体系结构ATM网络服务：模型：恒定比特率和可用比特率服务。

4.2虚电路和数据报网络 连接服务：网络层：两个主机间（路径上的路由器等网络设备参与）；传输层：两个应用进程间（位于网络边缘的端系统中实现）。仅在网络层提供连接（无连接）服务的计算机网络称为虚电路（数据报）网络。

4.2.1虚电路网络 因特网是数据报网络。组成：源和目的主机之间路径（一系列链路和路由器）；VC号（沿着该路径的每段链路的一个号码）；沿着该路径的每台路由器中转发表表项（因为一条虚电路在每条链路上可能具有不同VC号，每台中间路由器必须用一个新的VC号代替每个传输分组的VC号。该新VC号从转发表获得）why VC号不同：逐链路代替该号码减少了在分组首部中VC字段的长度；通过允许沿着该虚电路路径每条链路上有一个不同VC号，大大简化了虚电路的建立（否则路由器将不得不交换并处理相当大量的报文，以约定一个共同的VC号用于一次连接）。路由器为进行中的连接维持连接状态信息，每当跨越一台路由器创建一个新连接，须在该路由器转发表中增加新连接项；每释放一个连接，必须从该表中删除该项。虚电路三阶段：虚电路建立（发起呼叫；入呼叫；接受呼叫；呼叫连接；数据流开始；接收数据）；数据传送；虚电路拆除（网络层通知另一侧网络短系统结束呼叫，更路由器转发表）。运输层连接连接建立，两个端系统独自决定运输层连接的参数。虚电路网络层连接建立，沿两个端系统之间路径上的路由器都参与虚电路建立，每台路由器都完全知道经过它的所有虚电路。信令报文：端系统向网络发送指示虚电路启动与终止的报文、路由器间传递的用于建立虚电路的报文。信令协议：用来交换这些报文的协议。

4.2.2数据报网络 当一个端系统要发送分组，数据报网络为该分组加上目的端系统地址，然后将分组推进网络。分组从源到目的地传输经过的路由器使用分组的目的地址转发该分组（路由器有一个将目的地址映射到链路接口的转发表；分组到达路由器，路由器用该分组目的地址在转发表中查找适当输出链路接口）。最长前缀相关联的匹配。数据报网络路由器不维持连接状态信息，在转发表中维持转发状态信息（更新较慢，1-5min；虚电路中，无论何时建立/拆除连接就更新）。

4.3路由器工作原理 路由器体系结构：输入端口；输出端口；路由选择处理器（执行路由选择协议，维护路由选择表及连接的链路状态信息，为路由器计算转发表）。这种转发功能总是用硬件实现，总称为路由器转发平面。路由器控制功能用软件实现在路由器选择处理器上执行。

4.3.1输入端口 转发表是由路由选择处理器计算和更新，但转发表的一份影子副本通常被存放在每个输入端口。有了影子副本，转发决策能在每个输入端口本地做出，无须调用中央路由选择处理器，因此避免集中式处理的瓶颈。三态内容可寻址存储器常被用于查找（TCAM：一个32比特IP地址被放入内存，TCAM在基本常数时间内返回对该地址的转发表项的内容）。确定某分组输出端口后分组进入交换结构。

4.3.2交换结构 位于核心部位。1、经内存交换： 最早、最简单，不能同时转发两个分组，经过共享系统总线仅能执行一个内存读/写。现代路由器与早期的差别：目的地址的查找和将分组存储进适当内存存储位置是由输入线路卡来处理的。2、经总线交换：一次一个分组能跨越总线，故路由器交换带宽受总线速率限制。3、经互连网络交换（克服单一、共享式总线带宽限制），如纵横式交换机，交叉点通过交换结构控制器可任意时刻开启关闭。优点：能并行转发多个分组。但某时刻经给定总线仅有一分组能发送。即A->X,B->Y可同时，A->X,B->X，有一个分组要在输入端等待。

4.3.4何处出现排队 少量TCP流：缓存量B=RTT（平均往返时延）*C（链路容量）；大量、最近:。输出端口排队则要用分组调度程序（提供服务质量保证）选择排队中一分组来发送。没足够内存则：丢弃到达分组；删除一个或多个以排队分组为新的腾空间。在缓存填满前就丢弃以便向发送方提供拥塞信号的做法有利。是属于主动队列管理。随机早期检测，为输入队列长度维护一个加权平均值，队列长度小于最小阈值min(th)，接纳分组；[min(th),max(th)]以某种概率被标记或丢弃；大于max(th)，标记或丢弃到达分组。线路前部阻塞：一个输入队列中，排队的分组必须等待通过交换结构发送，因为被位于线路前部的另一个分组阻塞；

4.4网际协议 图1.因特网网络层内部视图（三组件）

4.4.1数据报格式 

IP数据报分片最大传送单元MTU：一个链路层帧能承载的最大数据量。Why IP层要分片：不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组。大IP分组向较小