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物流网络结构与节点设计
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3秒自动关闭窗口网络层 _百度百科
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网络层是中的第三层介于和之间它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上进一步管理网络中的将数据设法从源端经过若干个中间传送到端从而向运输层提供最基本的端到端的服务主要内容有虚电路分组交换和分组交换阻塞控制方法综合业务数据网ISDNATM及网际互连与实现层&&&&数OSI参考模型中的第三层
网络层的是实现两个之间的透明传送具体功能包括和连接的建立保持和终止等它提供的服务使不需要了解网络中的传输和如果您想用尽量少的词来记住网络层那就是路径选择及
网络层为了说明网络层的功能如图4.1所示的交换它是由若干个网络按照任意的拓扑结构相互连接而成的网络层关系到的运行控制体现了网络应用环境中资源子网通信子网的网络层从物理上来讲一般分布地域宽广从逻辑上来讲功能复杂因此是中面向通信的下三层也即中最为复杂也最关键的一层络源和节点提供了多条传输的可能性在收到一个分组网络层后要确定向下一节点传送的这就是在中要为每个分组路由做出选择而在虚电路方式中只需在连接建立时确定路由确定的称设计时要考虑诸多要素首先是所基于的性能一种是选择最短路由一种是选择最优路由其次要考虑是采用虚电路还是其三是采用分布式路由算法即每均为到达的分组选择下一步的路由还是采用集中式路由算法即由点或始发节点来决定整个路由其四要考虑关于网络拓扑和等网络信息的最后确定是采用选择还是选择选择策略选择不用测量也无须利用网络信息这种策略按某种固定规则进行路由选择其中还可分为泛射固定路由选择和随机路由选择三种网络层1泛射路由选择法 这是一种最的一个从某条收到一个分组后再向除该条线路外的所有线路重复发送收到的分组结果最先到达的一个或若干个分组肯定经过了最短的路线而且所有可能的都被同时尝试过这种方法可用于诸如网络等强壮性要求很高的场合即使有的遭到只要源目间有一条信道存在则泛射仍能保证的可靠传送另外这种也可用于将一条分组从传送到所有其它的式数据交换中它还可用来进行网络的最短的 2固定这是一种使用较多的每个存储一张表格中每一项对应着某个节点或链路当一个分组到达某时该节点只要根据分组的地址信息便可从固定的中查出对应的节点及所应选择的下一节点固定法的是简便易行在稳定拓扑结构变化不大的网络中运行效果很好它的缺点是差无法应付网络中发生的和
3随机在这种方法中收到分组的在所有与之相邻的节点中为分组选择一个出路节点方法虽然也较可靠但实际不是最佳路由增加了不必要的而且分组也不可预测故此法应用不广要依靠网络当前的信息来决定的称选择策略这种策略能较好地适应的变化有利于改善网络的性能但由于复杂会增加网络的负担有时会因反应太快引起或反应太慢不起作用独立集中路由选择和分布路由选择是三种选择的具体网络层1独立路由选择在这类中仅根据自己搜到的有关信息作出路由选择的决定与其它节点不交换路由选择信息虽然不能正确确定本节点较远的路由选择但还是能较好地适应网络和拓扑结构的变化一种的独立路由选择是Baran在1964年提出的热Hot Potato算法当一个分组到来时必须尽快脱手将其放入输出列最短的方向上而不管该方向通向何方2集中路由选择集中也象固定路由选择一样在每个上存储一张不同的是固定路由选择中的路由表由制作而在集中路由选择算法中的节点路由表由路由控制中心Routing Control Center定时根据网络状态生成并分送各相应节点由于RCC利用了整个网络的信息所以得到的是完美的同时也减轻了各计算路由选择的负担 3分布路由选择采用分布路由选择的网络所有定期地与其每个相邻节点交换路由选择信息每个均存储一张以网络中其它每个节点为的网络中每个节点占用表中一每一项又分为两个即所希望使用的到节点的输出线路和估计到目的节点所需要的或距离度量标准可以是毫秒或链路段数等待的分组数剩余的线路和等对于可以直接发送一个特殊的称作echo的分组接收该分组的节点将其加上时间后尽快送回这样便可测出延迟有了以上信息可由此确定阻塞现象是指到达中某一部分的分组数量过多使得该部分网络来不及处理以致引起这部分乃至整个网络性能下降的严重时甚至会导致业务陷入停顿即出现现象这种现象跟公路网中通常所见的拥挤一样当节假日公路网中车辆大量增加时各种走向的流
网络层相互干扰使每辆车到达地的都相对增加即增加甚至有时在某段上车辆因堵塞而无法开动局部死锁和通信子网之间一般有如图4.3 所示的当负荷即通信子网正在传输的分组数比较小时网络的吞吐量单位为分组数/秒随网络负荷可用每个中分组的平均数表示的增加而增加当网络负荷增加到某一值后若网络吞吐量反而则表征网络中出现了阻塞现象在一个出现阻塞现象的网络中到达一个的分组将会遇到无缓冲区可用的情况从而使这些分组不得不由前一节点重传或者需要由源节点或源端系统重传当阻塞比较严重时中相当多的传输能力和都用于这种无谓的重传从而使通信子网的有效吞吐量下降由此导致恶性使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态网络有效吞吐量接近为在理想的情况下整个网络的利用率为100%但为了使网络在高负荷上能稳定运行应控制网络节点的长度以避免由于队列无限增长而产生通信量的崩溃有控制的网络可以以接近于吞吐的状态稳定1缓冲区预分配法这种方法用于采用虚电路的在建立虚电路时让呼叫请求分组途经的为虚电路预先分配一个或多个若某个缓冲器已被占满则呼叫请求分组另择路由或者返回一个忙给呼叫者这样通过途经的各为每条虚电路开设的永久性缓冲区直到虚电路拆除就总能有来接纳并转送经过的分组当收到一个分组并将它转发出去之后该节点向发送节点返回一个确认信息该确认一方面意味着接收节点已正确收到分组另一方面告诉发送节点该节点已空出缓冲区以备接收下一分组上面是停－等协议下的情况若之间的协议允许多个未处理的分组存在则为了完全消除阻塞的可能性每个节点要为每条虚电路保留等价于大小数量的缓冲区这种不管有没有通信量都有可观的资源线路容量或存储空间被某个连接永久地占有由于为每条连接分配了专用资源因此不可能有效地利用网络此时的分组交换跟电路很相似 2分组丢弃法这种方法不用预先保留缓冲区而在缓冲区占满时将到来的分组丢弃若提供的是则用分组丢弃法来防止阻塞发生不会引起大的影响但若提供的是虚电路服务则必须在某处保存被丢弃分组的以便阻塞解决后能重新传送有两种解决被丢弃分组重发的方法一种是让发送被丢弃的并重新发送分组直至分组被收到另一种是让发送被丢弃分组的节点在尝试一定次数后放弃发送并迫使数据源节点超时而重新开始发送但是不加地随意丢弃分组也不妥因为一个包含确认信息的分组可以释放的缓冲区若因节点无空余缓冲区来接收含确认信息的分组这便使节点缓冲区失去了一次的解决这个问题的方法可以为每条输入永久地保留一块缓冲区心用于接纳并所有进入的分组对于捎带确认信息的分组在利用了所捎带的确认释放了一个缓冲区后再将该分组丢弃或将该捎带好消息的分组保存在刚空出的缓冲区中
3定额控制法这种方法直接对中分组的数量进行严格精确的限制以防止阻塞的发生从图4.3与负荷的关系中可看出为避免阻塞可将中正在传输的分组数保持在某一负荷值Lc以下因此可以设计在中存在Lc个称许可证的特殊信息这些许可证中的一部分在通信子网开始工作之前预先以某种给各个源另一部分则在子网开始工作后在网中四处环游当源要发送一个刚从源送来的分组时它必须首先拥有这种许可证并且每发送一个分组要注销一张许可证而在方则每收到一个分组并将其递交给目的后便生成一张这样便保证了中分组数量不会超过许可证的
网络层阻塞的极端后果是死锁死锁是网络中容易发生的故障之一即使在网络负荷不很重时也会发生死锁发生时一组由于没有空闲缓冲区而无法接收和转发分组节点之间相互等待即不能接收分组也不能转发分组并永久保持这一状态严重的甚至导致整个网络的此时只能靠干预重新启动网络解除死锁但重新启动后并未消除引起死锁的隐患所以可能再次发生死锁死锁是由于控制方面的某些缺陷所引起的起因通常难以难捉摸难以发现即使发现常常不能立即因此在各层协议中都必须考虑如何避免死锁的 网络层图4-4
死锁及其防止 最常见的死锁是在两个之间的此时A的所有缓冲区全部用于输出到B节点的队列上而B节点的所有缓冲区也全部用于输出到A节点的队列上A节点不能从B节点接收分组B节点也不能从A节点接收分组如图4.4a所示这种情况也可能发生在一组之间每个节点都企图向相邻节点发送分组但每个节点都无空闲缓冲区用于接收分组这种称作如图4.4b所示当一个处于死锁状态时与之相连的所有链路都将被完全阻塞
有一种死锁的方法设一为M即从任一源点到一的最大中间链路段数为M每个节点需要M+1个缓冲区以0到M对于一个源规定仅当其0号缓冲区空时才能接收源来的分组而此分组仅能转发给1号缓冲区空闲的相邻节点再由该节点将分组转发给它的2号缓冲区空闲的相邻节点......最后该分组或者顺利到达并被递交给目的或者到了某个节点编号为M的缓冲区中再也转发不下去此时一定发生了循环应该将该分组丢弃由于每个分都按照一定的顺序规则分配即分组所占用的缓冲区编号一直在递增从而会使之间相互等待空闲缓冲区而发生死锁情况
重装死锁及其防止死锁中一种比较严重的情况是生装死锁假设发给一个的很长被源拆成若干个分组发送节点要将所有具有相同报文编号的分组重新装配成报文递交给端系统由于目的用于重装报文的缓冲区空间有限而且它无法知道在接收的报文究竟被拆成多少个分组此时就可能发生严重的问题为了接收更多的分组该目的节点用完了它的缓冲空间但它又不能将尚未接收并拼装完整的报文递送给目的而邻仍在不断地向它传送分组但它却无法接收
这样经过多次尝试后邻就会绕道从其它途径再向该节点传送分组但该目的节点已被牢牢锁死其周围也由此发生了阻塞现象下面几种方法可以用于免重装死锁的发生 允许将不完整的报文递交给目的端系统 一个不能完整重装的报文能被检测出来并要求发送该报文的源重新传送 为每个配备一个后备缓冲空间当重装死锁发生时将不完整的报文暂移至后备缓冲区中两种方法不能很满意地解决重装死锁因为它们使中的协议复杂化了一般的设计中网络层应该对端系统也即端系统不该考虑诸如报文拆装之类的事情第三种虽然不涉及但每个点增加了了可靠性于1974年提出了对于(Packet-Switched NetworkPSN)的标准协议---X.25并于19761980年相继作了修订X.25描述了()与分组交换网(PSN)
网络层之间的接口标准使主机不必关心网络内部的操作从而能方便地实现对各种不同网络的X.25实际上是DTE与PSN之间接口的一组协议X.25协议组包括三个层次即和分组层分别定义了三个上的接(见图4.5)从图4.5(a)可看出X.25的三个协议级仅具有本地这与端到端操作的协议不同(mqb ltu 4.5(b))X.25的分组纩的主要功能相当于中的第三层即网功能是向主机提供多的道的X.25分组级的主要功能是将所提供的连接DTE/的一条或多条物理链路复用成数条并且对每一逻辑信道所建立的虚电路执行与链路层单类似的链路建立控制顺序和差错检测链路的拆除等操作所发送的均按分组格式各种类型的分组及交互时的在标准中均有严格的利用X.25分组级协议可向网络层的用户提供多个虚电路连接使可以同时与中若干个其它X.25用户(DTE) 在X.25中DCE向DTE提供本地DTE之间的虚电路业务这里包括两种虚电路一种是虚呼叫业务即虚电路请求DTE向DCE发出呼叫请求分组接收方DCE向被呼DTE发出呼叫分组然后被DTE发出呼叫接受分组主呼DTE收到呼叩连通分组由另一方确认后虚电路便被拆除另一种是即它们是在DTE接入X.25网中时由指定的DTE之间的不需要呼叫建立与拆除过除过程的虚电路在正常情况下永久虚电路两端的DTE可随时发送与接收正如4.1节中介绍过的一样每条虚电路都被赋 一个虚电路号在X.25中一个虚电路号由逻辑信道组号(&15)和逻辑信道号(&225)组成而且在虚电路两端的虚电路号是互相无关的由DCE将虚电路号映射到虚电路上去用于虚呼叫的虚电路号和永久虚电路的虚电路号应在业务时与部门协商确定与分配
公用网有两种操作一种是虚电路方式另一种是方式尽管其它一些(如)仍在有效地使用但数据报服务已在1980年的修订中被从X.25标准中删去取而代之的是一个称作快速选择(FastSelect)的可选扩选扩充业务X.25所规定的虚电路服
网络层务属于的OSI服务这正好符合OSI参考模型中的网络系层服务标准定义为公用网与OSI结合提供了可能性OSI网络层的功能是提供独立于的和以及其它与之相关的功能在面向连接的网络层服务中要进行通信的网络层必须首先建立连接这在X.25中即不相应的建立虚电路的呼叫建立网络层向提供与和中继器无关的网络层服务在分组级上所有的信息都是以分组作为基本进行传输和处理的无论是DTE之间所要传输的还是交换网所用的控制信息都要以分组形式来表示并按照链路协议穿越DTE\DCE界面进行传输因此上传输时分组应嵌入到(I)的信息字段中即表示成如下的格式标记字段F/地址字段A/控制字段C/[分组]/FCS/标记字段F每个分组都是由分组头和信息两部分组成,其一般格式如图4.6所示 分组格式的部分(可以为空)通常被递交给协议或用户去处理所以分组协议中不对它作进一步规定分组头用于主要包括DTE/DCE的局部控制信息其长度随分组类型不同但至少要包含前三个字节化们分别给通用格式标积逻辑信道标识和分组类型标识它们的如下
(1)通用格式标识(GFI由分组中第一个字节的前4位组成用于指出分组头中其余部分的第一(b8)称作q位或限定位只用于分组中这是为了对分组中的进行特殊处理而设置的可用于区分数据是正常数据还是控制信息对于其它的分组该设置为0第二位(b7)称d位或传送确认位设置该位的是用来指出DTE是否希望用分组接收序号P(R)来对它所接作端一端确认在呼叫建立时DTE之间可通过D位来商定虚电路呼叫期间是否间是将使用D位规程第三四位(b6b5)用以指示数据分组的是用3位即8(b6置1)还是7位即模128(b5置1)这两位或者取10一旦选定相应的分组格式也有所变化
网络层(2)逻辑信道标识由第一个中的剩余四位(b4b3b2b1)所作的逻辑信道组号(LCGN)和第二个字节所作的逻辑信道号(LCN)中分组成用以标识逻辑信道(3)分组类型标识由第三个字节组成用于区分分组的类型和功能若该字节的最后一位(b1)是0则表示分组为分组若该位是1则表示分组为控制其中可包括呼叫请求或指示分组及释放请求或指示分组若该字末三位(b3b2b1)为全1则表示该分组是某个确认或接受分组
第四个字节及其后诸字节将依据分组类型的不同而有不同的定义X.25分组级协议规定了多种类型的他组由于DTE与DCE的不所以珍有相同类型编码的同类型分组因其传输方高的不同有不同的含义和具体实现时也有所不同为此分组协议从本地DTE的分组表示地DTE经DCE向远地DTE发送的命令请求或应答响应反之从DCE到DTE的分组表示DCE远地DTE向本地DTE送的命令或应答响应
部分除了用M位代替I帧中的P/F位外其它内容与级的控制字段C非常类似最末位的0是数据类型分组的M(More data)位置1表示还有后续的即当前数据分组中的数据将以同一逻辑信道上的下一数据分给中的数据作为逻辑继续P(S)P(R)分别称为分组发送顺序号和接收顺序号它们作用大与帧格式中的N(S)和N(R)相当但是它们的主要是控制每条逻辑入道上向分组交换网发送或从交换网收的而不只为站点之间提供确认手段是为了调节每个逻辑信道上的以防止对分组交换网的压力过重实际上P(s)或P(R)的值用以确定一个给定的逻辑信道上的窗口表示信道上允许传送多少个未被的分组能传输未响应分组的最大值称为窗口大小W每条虚电路的窗口大小是在呼叫建立时分配的但最大不能超过7序号采用3位时或127序号采用7位时个分组
与级帧格式一样分组级也包括RRRNR和REJ三种分组它们被为分组这些分组中的类型字段只包括接顺序号P(R)而无发送顺序号P(S)RR用于告知对方本准备从给定逻辑信道上接收分组RNR可以通过同一方向上发送的RR分组加以清除与数据链路级帧格式一样分组级也包括一些无编号的分组如中断请求分组化不需要等待事先已发送的其它分组而能立即向外发送甚至在不能接收数据时也能发送中断请求分组只能携带一个字节的放在字段中用以向对方中断信息或原因
X.25中还定义了很多其它类型的分组包括释放请求/指示复位请求/重启动请求/指示其中除复位请求/指示分组多一个诊断代码外其它均与分组格式相同这些分组都包括一个原因字段用以存入引起相应动作的原因需要说明一下复位与重启动之间的差别复位请求是为了在传输状态中对虚呼叫或永久虚进行重新初始准备而设置的而重启动则用于同时释放DTE/DCE上所有虚呼叫及复位所有永久电路而设置的最后一类分组仅含三个字节属于该类格式的分组包括各种确认分组它们分别是用以对呼叫释放复位及重启动的请示或指示的确认ISDN从面上解释是Intergrated Services Digital Network的译作但也可把IS理解为Standard Interface for all Services(一切业务的标准接口)把DN理解为Digital End to End to End connectivity(端到端连接现代需要一种全社会的的快速存取信息的手段正是在这种社会需要的背景下以及通信技术VLSI技术飞速发展的前提下产生的ISDN目标提供经济的有效的端到端的数字连接以支持广泛的服务包括的和非声音的服务用户只需通过有限的网络连接及接口标准就可在很大的区域范围甚至全球范围取网络的信息网络层ISDN系统结构主要讨论用户设备和ISDN交换系统之间的接口一个重要的概念称为即在用户设备和传输设备之间通过比特流的不管这些数字位来自于数字电话数字或任何其它设备这些比特流都能双向通过管道数字位管道用比特流的 时分复用支持多个独立的通道在数字位管道的接口规范中定义了比特流的确切格式以及比特流的复用已经定义了两个位管道的标准一个是用于的低频带标准另一个是用于企事业的高标准后者可支持多个通道如果需要的话也可配置多个位管道
图4.11(a)是用于家庭或小企的配置在用户设备和ISDN交换系统之间设置一个网络NT1NT1设置在靠近用户设备这一边利用电话线和几以外的交换系统相连NT1装有一个连接器无源总线电缆可插入连接器最多有八个ISDN终端或其它设备可接到总线电缆如同接到局域网的方法一样连接从用户的角度看和网络的界面是NT1上的NT1不仅起接插板的作用它还包括网络管理测试维护和等在无源总线上的每个设备必须有一个唯一的地址NT1还包括解决争用的逻辑当几个设备同时总线时由NT1来决定哪个设备获得访问权从OSI参考模型来看NT1是一个设备
对于大的企事业单位需要用图4.11(b)的因为往往有很多电话在同时进行总线无法处理在这种配置中有一个NT2设备实际上NT2和NT1就是前面讨论过的CBXNT2和NT1连接并对各种电话以及其它设备提供真正的接口上NT2和ISDN交换系统没有上的差别只是比较小在单位内部通电话或数字通信只需拨四个数字的分机号码和ISDN交换系统无关拨一个9字就和外线相连CBX专门分配一个通道和数字通道相连CCITT定义了四个参考点称RST和U如图4.11所示U参连接ISDN交换系统和NT1采用两线的铜今后可能被代替T参考点是NT1上提供给用户的连接器S参考点是ISDN的CBX和ISDN的接口R参考点用以连接适配器和非ISDN终端R参考点是使用很多不同的接口当今人们对通信的要求越来越高除原有的语声外还要求综合传输高清晰度广播电视传真等随着光纤传输通信技术和计算机技术的发展为满足这些迅猛增长的要求提供了早在1985年1月第18研究组就成立了专门网络层小组着手研究ISDN其研究结果见1988年通过的修订的I-系列建议 由ISDN向ISDN的可分为三个阶段第一阶段是进一步实现话音和等业务的综合它是由三个独立的网构成初步综合的如图4.12所示由ATM构成的交换网实现高速和活动图象的综合传输第二阶段的主要特征是B-ISDN和用户/网络接口已经标准化光纤已进入家庭光已广泛应用因此它能提供包括具有多频道的高清晰度电视 HDTV(HighDefinition Telecison)在内的第三阶段的主要特征是在ISDN中引入了管理网由控制中心来管理三个基本网也可称作智能系统
B-ISDN采用的传送主要有高速分组交换高速电路交换异步传送方式ATM和光交换方式四种高速分组交换是利用分组交换的基本简化了采用面向连接的服务在链路上无控制无集中分组交换和同步时分交换的优点已有多个试验网已投入试运行高速电路交换主要是多速时分交换TDSM这种方式允许信道按时间分配其可为基本的整数倍由于这是快速电路交换其信道的管理和控制十分复杂尚有许多问题需要继续研究还没进入实用阶段的主要设备是光交换机它将光技术引入传输回路和控制实现数字信号的高速传输和交换由于光集成电路尚末成熟故光预计要到21才能进到实用阶段ATM的是进一步简化了网络功能不参与任何功能将差错控制与控制工作都交给去做图4.15是分组交换帧中继和ATM交换三种的功能比较可以看出分组交换网的交换参与了OSI第一到第三层的全部功能节点只参与第二层功能的部分也即中的0比特填充和检验功能第二层的其它功能即差错控制和控制以及第三层功能则义给去处理ATM网络则更为除了第一层的功能之外交换节点不参与任何工作从功能分布的情况来看ATM网和电路交换网特点相似因此有人说ATM网是综合了和的优点而形成的一种网络这是很有道理的
ATM克服了其它传送的能够适应任何类型的业务不论其速度高低突发性大小实时性要求和如何都能提供满意的服务CCITT在I.113建议中给ATM下了这样的定义ATM是一种转换即前面所说的传送在这一模式中信息被组织成信元而包含一段信息的信元并不需要周期性地出现从这个意义上来说这种转换模式是异步的cell实际上就是分组只是为了于X.25的分组才将ATM的信息单元叫作信元ATM的信元具有固定的长度即总是53个字节其中5个字节是信头(header)48个字节是信息段或称有效负荷payload信头包含各种控制信息主要是表示信元去向的另外还有一些维持信息优先度及信头的信息段中包含来自各种不同业务的用户信息这些信息透明地穿过网络信元的格式与业务无关任何业务的信息都同样被切割成统一格式的信元
ATM采用的见图4.16来自不同信息的信元汇集到一起在一个缓冲器内排队队列中的信元逐个输到传输线路在上形成首尾相接的信元流信元的信头中写有信息的标志如A和B说明该信元去往的地址网络根据信头中的标志来转移信元由于信息源产生信息是随机的因此信元到达队列也是随机的高速的业务信元来得十分频繁集中低速的业务信元来得很稀疏这些信元都按先来后到在队列中排队队列中的信元按输出次序用在传输线上具有同样标志的信元在传输线上并不对应某个固定的时间间隙也不是按出现的也就是说信息和它在中的位置之间没有任何关系信息只是按信头中的标志来区分的这种复用叫作异步Asynchronous Time Division Multiplex又叫统计复用Statistic Multiplex在方式如复用方式中信息以它在一帧中的时间位置来区分一个时隙对应着一条信道不需要另外的信息头来标志信息的
网络层异步时分复用使ATM具有很大的灵活性任何业务都可按实际需要来占用对特定业务传送的速率随信息到达的速率而变化因此网络资源得到最大限度的利用此外ATM网络可以适用于任何业务不论其特性如何速率高低突发性大小质量和实时性要求等网络都按同样的模式来处理真正做到了完全的业务综合如果在某个时刻队列排空了所有的信元此时线路上就出现末分配信元信头中含有标志@反之如果在某个时刻传输线路上找不到可以传送信元的信元都已排满而队列已经充满缓冲区此时为了尽量减少对业务质量的影响在信元的信头写有优先度标志首先丢弃的总是那些优先度低不太重要的信元当然缓冲区的容量必须根据信息来使信元丢失率在10-9以下
为了提高处理速度降低ATM以面向连接器工作网络的处理工作十分通信开始时建立虚电路以后用户将虚电路标志写入信头即地址信息网络根据虚电路标志将信元送往地经过ATM复用后信元流速率取决于传输线路的速率如果采用这个速率可高达几处每条虚电路的速率和属于该虚电路的信元出现的频率有关ATM网络包括一些这些节点提供信元的交换实际上完成的只是虚电路的交换因为同一虚电路上的所有信元都选择同样的路由经过同样的通到达地在接收端这些信元到达的次序总是和发送次序相同ATM交换的工作比X.25分组交换网中的节点要得多ATM只做信头的CRC检验对于信息段的传输差错根本不过问ATM不做差错控制信头中根本没有信元的编号也不参与控制这些工作都留给去做ATM的主要工作就是读信头并根据信头的内容快速地将信元送往要去的这件工作在很大程度上依靠来完成因此ATM交换的速度非常快可以和的传输速度相匹配TCP/IP网络层的核心是它是协议族中最主要的协议之一IP协议非常仅仅提供不可靠无连接的传送服务IP协议的主要功能有无连接传输数据报和差错控制与IP协议配套使用实现其功能的还有ARPRARP因特网报文协议ICMP因特网组管理协议IGMPTCP/使用32位长度的地址以标识一台和同它相连的网络它的为IP地址=网
网络层络地址+主机地址IP地址是通过它的格式分类的它有四种格式A类B类C类D类如下所示
格式位数A类0网络7位主机地址24位
B类10网络14位主机地址16位C类110网络21位主机地址8位D类1110多路通信28位未来的格式11110将来使用这样空间为0-127最大网络数为126最大主机数为16,777,124空间为128-191最大网络数为16384最大主机数为65,534空间为192-223最大网络数为2,097,152最大主机数为254D类为224-254 C类地址空间分配概况分配区域地址空间多区域192.0.0.0~193.255.255.255194.0.0.0~195.255.255.255其他196.0.0.0~197.255.255.255197.0.0.0~199.255.255.255中南美200.0.0.0~201.255.255.255地区202.0.0.0~203.255.255.255其他204.0.0.0~205.255.255.255其他206.0.0.0~207.255.255.255注其中多区域表示执行该计划前已经分配的地址其他表示已指定的地区之外的地理区划
特殊格式的IP地址当网络或主机标志符的每位均设置为1时这个地址编码标识着该是一个广播式的通信该数据报可以被发送到网络中所有的和主机例如地址128.2.255.255意味着网络128.2上所有的主机本IP地址的主机字段也可全部设置为0表示该地址作为本主机地址网络标识符字段也可全部设置为0表示本网络如128.2.0.0表示网络地址为128.2的网络使用网络标识符字段全部设置为0的IP地址在一台主机不知道网络的IP地址时时是很有用的私有的在有些情况下一个机构并不需要连接到Internet或另一个专有的网络上因此无须遵守对IP地址进行申请和登记的规定该机构可以使用任何的地址在中有些IP地址是用作私用地址的A类地址10.0.0.0到10.255.255.255B类地址172.16.0.0到172.31.255.255.255C类地址192.168.0.0到192.168.255.255协议是AddressResolutionProtocol地址解析协议的缩写在中网络中实际传输的是帧帧里面是有目标主机的MAC地址的在以太网中一个主机要和另一个主机进行直接通信必须要知道目标主机的MAC地址但这个目标地址是如何获得的呢它就是通过协议获得的所谓地址解析就是主机在发送前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程ARP协议的基本就是通过目标设备的IP地址查询目标设备的MAC地址以保证通信的顺利进行协议属于的协议在以太网中的帧从一个主机到达网内的另一台主机是根据48位的以太网地址地址来确定接口的而不是根据32位的IP地址内核如必须知道端的硬件地址才能发送当然的连接是不需要ARP协议的 ARP协议的
以下是引用片段
typedefstructarphdr
网络层unsignedshortarp_/*硬件类型*/
unsignedshortarp_/*协议类型*/
unsignedchararp_/*硬件地址长度*/
unsignedchararp_/*长度*/
unsignedshortarp_/*ARP操作类型*/
unsignedchararp_sha[6];/*发送者的硬件地址*/
unsignedlongarp_/*发送者的协议地址*/
unsignedchararp_tha[6];/*目标的硬件地址*/
unsignedlongarp_/*目标的协议地址*/
}ARPHDR,*PARPHDR; 为了ARP协议的就必须理解在网络上的传输过程这里举一个的PING
假设我们的计算机IP地址是192.168.1.1要执行这个命令ping192.168.1.2.该命令会通过发送ICMP包该过程需要经过下面的步骤1应用程序构造该示例是产生ICMP包被提交给内核网络驱动程序2内核检查是否能够转化该IP地址为MAC地址也就是在本地的ARP缓存中查看IP-MAC对应表3如果存在该IP-MAC对应关系那么跳到9如果不存在该IP-MAC对应关系那么接续下面的步骤4内核进行ARP地的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FFARP命令类型为REQUEST1其中包含有自己的MAC地址5当192.168.1.2主机接收到该ARP后就发送一个ARP的REPLY2命令其中包含自己的MAC地址6本地获得192.168.1.2主机的IP-MAC地址对应关系并保存到ARP缓存中7将把IP转化为MAC地址然后封装在以太网头结构中再把数据发送出去使用arp-a命令就可以查看本地的ARP缓存内容所以执行一个本地的后ARP就会存在一个目的IP的了当然如果你的包是发送到不同的地那么就一定存在一条的IP-MAC地址对应的记录知道了ARP协议的作用就能够很清楚地知道包的向外传输很依靠ARP协议当然也就是依赖ARP缓存要知道ARP协议的所有操作都是内核自动完成的同其他的应用程序没有任何关系同时需要注意的是ARP协议只使用于本网络具有本地的引导时一般是从磁盘上的配置文件中读取IP地址但是如X或则需要采用其他方法来获得IP地址网络上的每个系统都具有唯一的硬件地址它是由网络接口厂家配置的的RARP实现过程是从接口卡上读取唯一的硬件地址然后发送一份RARP请求一帧在网络上广播的请求某个主机该无盘系统的IP地址在RARP应答中在概念上这个过程是很的但是实现起来常常比ARP要困难RARP的正式是RFC903[Finlaysonetal.1984] RARP的分组格RARP分组的格式与ARP分组基本一致它们之间主要的差别是RARP请求或应答的为0x8035而且RARP请求的操作代码为3应答操作代码为4对应于ARPRARP请求以广播传送而RARP应答一般是(unicast)传送的RARP的设计虽然RARP在上很但是一个RARP服务器的设计与系统相关而且比较复杂相反提供一个ARP服务器很通常是TCP/IP在内核中实现的一部分由于内核知道IP地址和硬件地址因此当它收到一个询问IP地址的ARP请求时只需用相应的硬件地址来提供就可以了
作为用户进程的RARP服务器RARP服务器的复杂性在于服务器一般要为多个主机网络上所有的提供硬件地址到IP地址的该映射包含在一个磁盘中由于内核一般不读取和分析磁盘文件因此RARP服务器的功能就由用户来提供而不是作为内核的实现的一部分更为复杂的是RARP请求是作为一个特殊类型的以太网来传送的这说明RARP服务器必须能够发送和接收这种类型的帧在附录A中我们描述了SBD分组过滤器SUN的网络接口栓以及提供者接口都可用来接收这些数据帧由于发送和接收这些帧与系统有关因此RARP服务器的实现是与系统捆绑在一起的
网络层每个网络有多个RARP服务器RARP服务器实现的一个复杂是RARP请求是在硬件层上进行广播的这意味着它们不经过进行转发为了让在RARP服务器关机的状态下也能引导通常在一个网络上例如一根电缆要提供多个RARP服务器当服务器的数目增加时以提供备份网络也随之增加因为每个服务器对每个RARP请求都要发送RARP应答发送RARP请求的一般采用最先收到的RARP应答对于ARP我们从来没有遇到这种因为只有一台主机发送ARP应答另外还有一种可能发生的情况是每个RARP服务器同时应答这样会增加以太网发生冲突的ICMP的作用由于IP协议的两个没有差错控制和查询因此产生了ICMPICMP主要是为了提高IP交付的在IP数据报传输的过程中进行差错报告和查询比如主机或网络不可到达报文被丢弃路由阻塞查询目的网络是否可以到达等等
ICMP有两种报文差错报告报文和询问报文差错报告报文终点不可到达由于硬件故障协议不可到达不可达到等原因导致这时或主机向源站发送终点不可到达报文源站抑制发生拥塞平衡IP协议没有控制的缺陷环路或生存时间为0问题IP首部参数有二义性改变路由路由或不是最佳询问报文回送请求或回答用来测试连通性如PING请求或回答用来计算往返时间或同步两者时间地址请求或回答得到掩码信息或通告得知网络上的信息ICMP是网际(IP)层的协议它作为IP层的数据加上数据报的首部组成数据报发送出去的PING(PacketInterNetGroper)命令用来测试两个主机之间的连通性PING使用了ICMP回送请求与回送回答报文属于询问报文它是应用层直接使用网络层ICMP的一个特例它没有通过的TCP或UDPIP首部的协议字段IP报文首部的协议字段指出了此数据报是使用的何种协议以便使主机的网络层能够知道如何管理协议
因特网组管理协议(IGMP)被IP主机用于向所有的直接相邻的报告它们的多播组成员关系本文档只描述在主机和之间的确定组成员关系的IGMP应用作为组成员的应当还能表现为一台主机甚至能对自己的查询作出响应IGMP还可以应用在之间但这种应用不在这里就像ICMP一样IGMP作为整合在IP里面的一部分所有希望接收IP组播的主机都应当实现IGMPIGMP被封装在IP中IP协议号为2本文档所描述的所有IGMP消息在发送时都为1并在它们的IP首部中含有一个警告选项主机所关心的所有IGMP消息都具有以下格式8位类型+8最大响应时间+16位校验和+32位组地址
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