第5章 网络层 

第 5章 网络层

  网络层主要解决的问题

  路由选择

  网络互连

  拥塞控制

  为上层提供服务

第 5章 网络层

  网络层设计的相 问题

  路由算法

  拥塞控制

  服务质量

  网络互联

  因特网中的网络层

网络层的设计

 

存储转发的数据包交换

 

为传输层提供的服务

 

面向无连接服务的实现

 

面向连接服务的实现

 

虚电路子网和数据报子网的比较

存储转发的数据包交换

 

数据包 Packet

 

存储转发 Store and Forward

 

路由器 Router

 

交换 Switching

 

通信子网 Communication Subnet

 

资源子网 Resource Subnet

网络层协议环境

A

B

C

D

E F

Router Carrier’s equipment

LAN Packet

H1 H2

Process P1

Process P1

Tnbm P344 Fig. 5-1 网络层协议环境

网络层的设计

 

存储转发的数据包交换

 

为传输层提供的服务

 

面向无连接服务的实现

 

面向连接服务的实现

 

虚电路子网和数据报子网的比较

为传输层提供的服务

  服务应与路由器技术无

  路由器的数量、类型和拓扑结构对 于传输层来说应是不可见的

  传输层所能获得的网络地址应采用

统一的编址方式，并允许跨越多个

LAN和WAN

网络层提供的服务类型

  面向无连接服务：网络是不可靠的，网络服务不应面向 连接，分组的排序和流控制应不属于网络层，每个分组 都单独寻径，所以必须携带完整的目的地址

如 Internet

  面向连接的服务：网络应该提供可靠的、面向连接的服 务，否则服务质量将无从谈起，尤其对于多媒体应用

对于网络层提供的服务有 观点：

网络层的设计

 

存储转发的数据包交换

 

为传输层提供的服务

 

面向无连接服务的实现

 

面向连接服务的实现

 

虚电路子网和数据报子网的比较

面向无连接服务的实现 ^{（数据报子网）}

路由器A按左边的

路由表运行，后 来发现如到E和F

应该走B才更好，

于是更新路由表

A

B

C

D

E F

Router Carrier’s equipment

LAN Packet

H1 H2

Process P1

Process P1

1

A - B B C C D B E C F C

A - B B C C D B E B

A A B A C - D D E E F E

A C B D C C D D E - F F

A的路由表 C的路由表 E的路由表

网络层的设计

 

存储转发的数据包交换

 

为传输层提供的服务

 

面向无连接服务的实现

 

面向连接服务的实现

 

虚电路子网和数据报子网的比较

面向连接服务的实现 ^{（虚电路子网）}

H1和H2已建立

1#连接

H3要和H2建立

2#

H1 1 H3 1

入口

F 1 F 2

出口 E 1

E 2 出口 C 1

C 2 出口 A的路由表

Tnbm P348 Fig. 5-3 虚电路子网中分组的寻径

A

B

C

D

E F

Router Carrier’s equipment

LAN Packet

H1 H2

Process P1

Process P1

1 H3

Process P3

A 1 A 2

入口

C的路由表

C 1 C 2

入口

E的路由表

网络层的设计

 

存储转发的数据包交换

 

为传输层提供的服务

 

面向无连接服务的实现

 

面向连接服务的实现

 

虚电路子网和数据报子网的比较

虚电路子网和数据报子网的比较

数据报子网 虚电路子网 建立电路连接 不需要 需要

寻址 每个分组包含完整的源

和目的地址 每个分组包含一个很短的虚电路号 状态信息 路由器不保留连接的状

态信息

每条虚电路要求为每个连接提供路 由表空间

寻径 路由器为每个分组独立 寻径

寻径在虚电路建立时完成，此后，

所以分组按此路径传输 路由器故障的

影响

除路由器崩溃，所以分 组丢失，否则无影响

所有通过该故障路由器的虚电路全 部终止

服务质量 困难 对每条虚电路，沿途的路由器如有 足 的资源可分配，则很容易实现 拥塞控制 困难 对每条虚电路，沿途的路由器如有

足 的资源可分配，则很容易实现

虚电路子网 /数据报子网的比较 ^(续)

 

虚电路子网

 

通过路径选择后建立连接

 

分组按序传输

 

服务质量能得到保证

 

通信后撤销连接

 

适合于实时传输

 

数据报子网

 

每个分组分 选择最佳路径，健壮性较好

 

整个网络系统的信道利用率高，成本低

 

差错控制和排序工作由协议高层（主机）完成

 

适合于非实时传输

第 5章 网络层

  网络层设计的相 问题

  路由算法

  拥塞控制

  服务质量

  网络互联

  因特网中的网络层

路由算法

 

路由算法是网络层软件的一个重要部分，

它决定进入的分组应从 一根输出线传输

 

如果是数据报子网，将在每一个分组到达 时作此决定

 

如果是虚电路子网，是在虚电路建立时决 定，该连接上所有分组都将沿此线路传输

 

路由与转发：路由是寻径，转发是当一个

分组到达时发生的动作

路由算法 ^（续）

  路由算法设计必须考虑的问题

^{正 性} 简单性 健壮性 稳定性 公平性 最优性

  路由算法中的度量标准

  路径长度

  hop数

  延迟时间

路由算法 的分类

  静态算法

  自适应算法

  拓扑相 的路由算法

  移动节点的路由

  Ad-hoc网络的路由

静态算法 ^（ static routing）

  最短路径算法（ Dijkstra）

  扩散法（ flooding）

为路由器配置一张最优的路由表

最短路由选择（ Dijkstra） !

 

Dijkstra算法（1959）：通过用边的权值作为 距离的度量来计算最短路径，有最少边数的路 径不一定是最短路径

1

6 7

4 2 3

9

11

5

3 2

8 6

3

5

如下图：

5和4之间边数最少的路径是5234但最短路径是523674

采用的数据结构

  集合 S：尚未找到最短路径的节点 的集合

  数组 R：R[i]为从指定源点去节点i 的路径上，节点i的前一个 节点

  数组 D：D[i]为从指定源点到节点i

的最短距离

算法的初始化

 

初始化集合 S为除源节点外的所有节点

 

初始化数组 D：如果从源节点到节点v的边存 在，则 D(v)为该边的权值，否则为无穷大

 

初始化数组 R：如果从源节点到节点v的边存

在，则 R(v)为源节点，否则为0

算法

WHILE（集合S非空）

{ 从S中选一节点u，使D[u]最小；

如果（D[u]为无穷大）

{错误！无路径存在，退出}

把u从S中删去；

对(u,v)是边的每个节点v { 如果（v仍在S中）

C=D[u]+weight(u,v);

如果 （C<D[v]） /*v找到了一条更短的路径*/

{R[v]= u; /*替换v的最短路径及长度*/

D[v]=C;

}

}

从 5出发到各个节点的最短路径

S R1 D1 R2 D2 R3 D3 R4 D4 R6 D6 R7 D7 u

{1,2,3,4,6,7} 5 9 5 6 0 ∞ 0 ∞ 0 ∞ 0 ∞ 2

{1,3,4,6,7} 5 9 5 6 2 9 0 ∞ 2 14 0 ∞ 1

{3,4,6,7} 5 9 5 6 2 9 0 ∞ 2 14 0 ∞ 3

{4,6,7} 5 9 5 6 2 9 3 20 3 11 0 ∞ 6

{4,7} 5 9 5 6 2 9 3 20 3 11 6 16 7

{4} 5 9 5 6 2 9 7 19 3 11 6 16 4

静态算法 ^（ static routing）

  最短路径算法（ Dijkstra）

  扩散法（ flooding）

为路由器配置一张最优的路由表

扩散法（ flooding）

  不计算路径，有路就走

1

5 6 7

4 3

2

9

11

5

3 2

8 6

3

如从

数据包从

要解决的问题：数据包重 到达某一节点，如

扩散法 ^（续） !

  解决方法

  在数据包头设一计数器初值，每经过一个节 点自动 1，计数值为0 时，丢弃该数据包

  在每个节点上建立登记表，则数据包再次经 过时丢弃

缺点：重 数据包多，浪费带宽

优点：可靠性高，路径最短，常用于军事

路由算法 的分类

  静态算法

  自适应算法

  拓扑相 的路由算法

  移动节点的路由

  Ad-hoc网络的路由

 

自适应算法是动态的、分布式的算法

 

实现分布式算法的三要素：

 

 

 

自适应算法 ^（ adaptive algorithm）

自适应算法 ^（ adaptive algorithm）

  距离矢量算法（ D-V）

  链路状态算法（ L-S）

路由器动态建立和维护一张最优的路由表

D-V算法的工作原理

  每个路由器用 个向量 D _i 和 S _i 来表 示该点到网上所有节点的路径距离 及其下一个节点

  相邻路由器之间交换路径信息

  各节点根据路径信息更新路由表

D_i =

d_i1 d_i2 d_i3

… d_in

S_i =

s_i1 s_i2 s_i3

… s_in

s

s

其中：

d_ij—节点i到j的最小时延的当前估计值 S_i—节点i的后继节点向量

路由表的更新

d _ij = min(d _ix + d _xj ) ^{( x ∈ A )}

（从

S _ij = x ^（从

其中： A —与i相邻的所有节点的集合 d _ij —i到j 的最短距离

d _ix —i到x的最短距离

d —x到j 的最短距离

A 0 24 20 21 B 12 36 31 28 C 25 18 19 36 D 40 27 8 24 E 14 7 30 22 F 23 20 19 40 G 18 31 6 31 H 17 20 0 19 I 21 0 14 22 J 9 11 7 10 K 24 22 22 0 L 29 33 9 9

J到A 延时

为 8

J到I 延时 为 10

J到H 延时 为 12

J到K 延时

为 6

8 A 20 A 28 I 20 H 17 I 30 I 18 H 12 H 10 I

0 - 6 K 15 K

注意： A’I为21；I’A为24

因为：往和返的信道流量不 一定相同，节点 A和I也并非 在同一时刻测得，且线路状 态是动态变化的

所谓节点即路由器 当前节点为

J

E

I

G H F

L J K

D-V算法的缺点

  交换的路径信息量大

  路径信息不一致

  收敛速度慢（坏消息）

  不适合大型网络

无穷计算问题

  好消息传播得快，坏消息传播得慢

A B C D E

∞ ∞ ∞ ∞ 初始时

1

1 2

1 2 3

1 2 3 4

4次交换后

A B C D E

1 2 3 4

3 2 3 4

1次交换后 3 4 3 4

2次交换后 5 4 5 4

3次交换后 5 6 5 6

4次交换后 7 6 7 6

5次交换后 7 8 7 8

6次交换后

… … … …

∞ ∞ ∞ ∞

A下网了

Tnbm P359 Fig. 5-10 无穷计算问题

克服收敛速度慢的方法

 

水平分裂

同距离矢量法，只是到

下方点通知真正的距离，对上方点，给出无穷大

如上图中的

 

Holddown

当发现不通时，不重新选路径，而是把它设成无穷大

这些方法尚在研究之中

自适应算法 ^（ adaptive algorithm）

  距离矢量算法（ D-V）

  链路状态算法（ L-S）

路由器动态建立和维护一张最优的路由表

链路状态算法（ L-S ）

（ Link State Routing）

基本思想：

 

发现它的邻接节点，并得到其网络地址

 

测量它到各邻接节点的延迟或 销

 

组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

 

将这个分组发给所有其他路由器

 

计算到每个其他路由器的最短路径

发现邻接节点 !

  当一个路由器启动后，向每个点到点线

路发送 HELLO分组（携带自己的网络地

址），另一端的路由器发送回来一个应

答来说明它是谁，即通报其网络地址

链路状态算法（ L-S ）

（ Link State Routing）

基本思想：

 

发现它的邻接节点，并得到其网络地址

 

测量它到各邻接节点的延迟或 销

 

组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

 

将这个分组发给所有其他路由器

 

计算到每个其他路由器的最短路径

测量线路 销 !

  发送一个 ECHO分组要求对方立即响应，

通过测量一个来回时间再除以 2，发送

方就可以得到一个延迟估计值，想要更

精 些，可以重 这一过程，取其平均

值

链路状态算法（ L-S ）

（ Link State Routing）

基本思想：

 

发现它的邻接节点，并得到其网络地址

 

测量它到各邻接节点的延迟或 销

 

组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

 

将这个分组发给所有其他路由器

 

计算到每个其他路由器的最短路径

构造分组!

子网及其节点到其邻节点（路由器）的线 路 销测量值（即延时，假设以 ms计）

A B C D E F 序号 序号 序号 序号 序号 序号 年龄 年龄 年龄 年龄 年龄 年龄 B 4 A 4 B 2 C 3 A 5 B 6 E 5 C 2 D 3 F 7 C 1 D 7 F 6 E 1 F 8 E 8 A

E

3 2

4

F

D C

B

5 1 6 8

7

子网的链路、状态及分组情况：

节点 A仅与节点B和E相邻 A → B的时延为4ms

Tnbm P363 Fig. 5-13 L-S算法的路由表更新

链路状态算法（ L-S ）

（ Link State Routing）

基本思想：

 

发现它的邻接节点，并得到其网络地址

 

测量它到各邻接节点的延迟或 销

 

组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

 

将这个分组发给所有其他路由器

 

计算到每个其他路由器的最短路径

发布链路状态分组 !

 

用扩散法（向邻接的节点）发布链路状态分组

（以 B为例，B的邻接点有A、C、F）

源 序号 年龄 A C F A C F 数据 A 21 60 0 1 1 1 0 0

F 21 60 1 1 0 0 0 1 E 21 59 0 1 0 1 0 1 C 20 60 1 0 1 0 1 0 D 21 59 1 0 0 0 1 1

源节点

再将

发送标志 ACK标志

存在的问题 !

 

状态分组的重 到达

 

如果序号循环使用，就会发生重

 

如果一个路由器被重起，序号将从 0 始重新 计数，但这些分组会被当成过时分组

 

如果序号发生错误（如序号用 32位表示，4被

看成 65540， ^第 16位的0被误传成了1 ），则很多分

组将被看成过时分组（此时 5~65539均为过时

分组，因为当前的分组序号是 65540）

解决办法

  使用一个 32位序号，即使每秒钟发送一 个分组， 137年才会循环一次

  在每个分组中加一年龄字段（如初值为

60），每秒钟将年龄 1，为0后该分组

将被丢弃 ，否则不会被认为是过时分组

链路状态算法（ L-S ）

（ Link State Routing）

基本思想：

 

发现它的邻接节点，并得到其网络地址

 

测量它到各邻接节点的延迟或 销

 

组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

 

将这个分组发给所有其他路由器

 

计算到每个其他路由器的最短路径

计算新路由 !

  用 Dijkstra算法计算到每个节点的路由

得到该节点到每个节点的最短路径

L-S路由算法的优缺点

 

LSR的优点

  路由信息的一致性好，坏消息也一样传播得快

  状态分组的长度较短，仅包含到邻接点的距离、序号 和年龄等，与网络规模 系不大，传输所耗用的网络 带宽不大，此外，状态分组的扩散，由于年龄参数的 设定，不会无限制扩散，所以可适用于大型网络

 

LSR的缺点

  每个路由器需要有较大的存储空间，用以存储所收到 的每一个节点的链路状态分组

  计算工作量大，每次都必须计算最短路径

路由算法 的分类

  静态算法

  自适应算法

  拓扑相 的路由算法

  移动节点的路由

  Ad-hoc网络的路由

拓扑相 的路由算法

  分层路由

  广播路由

  多址传输路由选择

  Peer-to-Peer网的节点查找

分层路由

 

随着网络规模的增长，存储和处理路由表所需 的资源也急剧增长，从拓扑上分层是解决问题 的一个方法

 

分层的概念：将路由器分成组，每一路由器知

道到组内任何一台路由器的路由，以及到其他

组的路由，因此可把其他组中所有的路由器抽

象成一个，以 少路由表的长度

分层实例

不分层时1A的路由表

目的地 下一跳 跳数

1A -- --

1B 1B 1

1C 1C 1

2A 1B 2

2B 1B 3

2C 1B 3

2D 1B 4

3A 1C 3

3B 1C 2

4A 1C 3

4B 1C 4

4C 1C 4

5A 1C 4

5B 1C 5

5C 1B 5

分层时1A的路由表

目的地 下一跳 跳数

1A -- --

1B 1B 1

1C 1C 1

2 1B 2

3 1C 2

4 1C 3

5 1C 4

Tnbm P367 Fig. 5-15 分层路由

5D 5A

5B

5C 4A 5E

4B 4C 3A

3B 1A

1B 1C

2A 2B 2C 2D

区域1

区域5 区域3

区域2

区域4

分层的层数

  Kamoun和Kleinrock发现：N个

路由器的最优层次数是 lnN，每个

路由器需要 elnN个路由表项

拓扑相 的路由算法

  分层路由

  广播路由

  多址传输路由选择

  Peer-to-Peer网的节点查找

广播路由

  逐个向所有节点分 发送报文

缺点：发送量大

需知道网上所有节点的地址

  扩散法

缺点：流量大，消耗大量带宽

某些节点还可能收到重 的报文

广播路由算法

  多目的地路由

  生成树算法

  逆向路径传送

多目的地路由

 

分组中包含需到达的多个目的地的地址表

 

到一个节点时，路由器检查所有的目的地址表，

定输出线路集合，路由器为每一条输出线路 制一个新的分组，每个分组中仅含有要用此 线路的目的地址表

优点：流量小，节约带宽

缺点：费用承担不公平

广播路由算法

  多目的地路由

  生成树算法

  逆向路径传送

生成树算法

 

路由器将分组沿生成树发送 （除进入线路之外）

优点：带宽得到最佳利用

缺点：每个路由器必须知道其可用生成树

如链路状态路由算法可得到生成树，距离矢量路由

算法却不能得到

广播路由算法

  多目的地路由

  生成树算法

  逆向路径传送

逆向路径传送

  基本原理：当某一广播分组到达路由器时，路由器对 它进行检查，如该分组来自通常向广播源发送分组的 线路，则将该分组转发到除进线以外的其它线路，否 则丢弃

(a) 一个子网 A

B C

D E

H

F G

I

J K

L

M N O

A

B C

D E

H

F G

I

J

K L

M N O (b) 一 汇集树

Tnbm P369 Fig.

逆向路径传送说明

在 (a)的子网中，每个节点都已生成了一张 路由表，假设当前每个节点的路由表中到 节点 I去的路径中的下一跳分 为：

当前节点 A B C D E F G H J K L M N O

到 I去的下一节点 F C D F A I J I I M K N I J

逆向路径传送说明 ^（续 1）

  根据上述逆向路径转发的原则，可构造如下一 树

(c) 由逆向路径转发构造的树

M

H

K

J I

H

G F

D E C B

A O

N

O

E G K

L L

D N

Tnbm P369 Fig. 5-16 逆向路径传送 B

H M

H

K

J I

H

G F

D E C B

A O

N

O

E G K

L L

D N

Tnbm P369 Fig. 5-16 逆向路径传送 B

H

逆向路径传送说明 ^（续 2）

  如节点

点

  当节点

它有分组要送给

点

  当节点

它有分组要送给

所以它不再转发

所以：经过 5个站点共24个分组的转发后，广播算法结束

优点：算法合理，容易实现

拓扑相 的路由算法

  分层路由

  广播路由

  多址传输路由选择

  Peer-to-Peer网的节点查找

多址传输路由选择

(Multicast Routing)

  多址传输路由选择 使用IP的D类地址

  生成树法

  核心树 (core-based tree)

0 前缀 后缀

8 16 31

1 1 1 1 保留将来使用

1 1 1 0 多址传送地址

1 1 0 前缀 后缀

1 0 前缀 后缀

A类 B类 C类 D类 E类

大规模网络 中规模网络 小规模网络

Tnbm P437 Fig. 5-55 IP地址格式

生成树法

 

组中的每个成员都必须以自己作为出发点建立 一 生成树，根据自己所在小组对生成树进行 修剪，得到一 本小组修剪过的生成树，并告 诉同组的其他成员

 

多址传输时仅沿相应的生成树转发

缺点：存储量大

如一个网络有

则要存储

多址传输路由选择

(Multicast Routing)

  多址传输路由选择 使用IP的D类地址

  生成树法

  核心树 (core-based tree)

0 前缀 后缀

8 16 31

1 0 前缀 后缀

1 1 1 1 保留将来使用

1 1 1 0 多址传送地址

1 1 0 前缀 后缀

A类 B类 C类 D类 E类

大规模网络 中规模网络 小规模网络

Tnbm P437 Fig. 5-55 IP地址格式

核心树 (core-based tree)

  每个组只有一 生成树，它的树根靠近

组的中心部位，要发送一个分组给这个

组成员，则发给树根，由树根将该分组

沿核心树发往各成员，这样，每组只有

一 核心树，节约了存储空间

拓扑相 的路由算法

  分层路由

  广播路由

  多址传输路由选择

  Peer-to-Peer网的节点查找

Peer-to-Peer网中节点的查找

 

对等网：一组织中大量用户通过固定线路 接入Internet，共享资源

 

对等网的特点：

  全分布：所有节点都是对称的，没有控制中 心或分层的概念

  每个节点都有一些其他用户感 趣的信息

 

对等网的路由：没有一个中心数据库，如

何发现要寻找的信息

Chord算法

假设：

  系统中有

  每个用户都有可提供的信息资源，并且都已作了 索引供其他用户使用

  每个用户都有一个

一个数字，称为节点标识符（

法来散列），节点标识符为

  所有

个标识符按递增次序链接成一个环，而不 管节点是否存在

  定义函数

Chord算法 ^（续）

  信息资源名称

字，称为键值

  信息索引的存储：信息的索引在所有节点上是随 机分布的，当一个节点要提供信息

先构造一个二元组（

节点上的同名信息，其索引将被存在同一节点

  信息的查找：当某个用户需要查找名称为

信息时，向

回拥有信息

Chord算法优化

 

每个节点保存其直接前趋和直接后继，那 么请求可以顺时针传递，也可以逆时针传 递，可以在 者之间选择一条较短的路径

 

每个节点保存一张表，称为 finger table，

该表有 m个表项，编号从0到m-1

Chord算法优化 ^{（续 1）}

 

finger table表的内容

每个表项指向一个实际存在的节点，每个 表项有 个字段：

的 IP地址，节点k中第i个表项的值为：

Start [ i ] = [ k + 2 ⁱ ] mod ( 2 ^m )

Successor (start [ i ] ) 的IP地址

Chord算法优化 ^{（续 2）}

 

在节点 k上查找键值key的过程：

  如果

信息的节点是

  否则，查找

的

的

Chord算法实例

2 4 3 4 5 7 9 12 17 20

节点

1

0 1

7

12 20

27

4

10 9 8 6 5 2 3

11

16 15 14 13 19 18 17

21 22 23 24

26 25

29 30 28

31

i=4

4 4

2 0,1

2,3

2,3

0,1

0,1 3

当前在线的节点

i = 0 1 2 3 4

5 7 6 7 8 12 12 12 20 20

节点

4

8 12 9 12 11 12 15 15 23 27

节点

7

13 15 14 15 16 20 20 20 28 1

节点

12

16 20 17 20 19 20 23 27 31 1

节点

15

i = 0 1 2 3 4

21 27 22 27 24 27 28 1

4 4

节点

20

28 1 29 1 31 1 3 4 11 12

节点

27

Chord算法实例

2 4 3 4 5 7 9 12 17 20

节点

1

i = 0 1 2 3 4

5 7 6 7 8 12 12 12 20 20

节点4

8 12 9 12 11 12 15 15 23 27

节点

7

13 15 14 15 16 20 20 20 28 1

节点

12

16 20 17 20 19 20 23 27 31 1

节点15

21 27 22 27 24 27 28 1

4 4

节点

20

28 1 29 1 31 1 3 4 11 12

节点27 例

1：在节点1上查找key=3（key=hash(name)=3）

对于节点1，successor(1)=4， key在(1,4)中，返回4，即资源名为name的索

例

2：在节点1上查找key=14

由于key不在(1,4)中，于是查节点1的finger table，小于14并最接近14的节

9，successor(9)=12；于是到节点12查找，successor(12)=15，key

(12,15)中，于是返回15

例

3：在节点1上查找key=16

key不在(1,4)中，于是查节点1的finger table，小于16并最接近16的节点是

9， successor(9)=12，于是到节点12查找，successor(12)=15，key不在

(12,15)中，于是查节点12的finger table，小于16并最接近16的节点是14，

节点的动态添加和删除

  初始化：假设 始时节点很少，因此通过节点之间直 接交换信息建立初始的环和

  添加节点

 

 

 

 

 

_finger

  删除节点

 

通知前趋p，它的后继变为s

节点的动态添加举例

2 4 3 4 5 7 9 12 17 20

节点

1

0 1

7

20 12 27

4

10 9 8 6 5 2 3

11

16 15 14 13 19 18 17

21 22 23 24

26 25

29 30 28

31

i=4

4 4

2 0,1

2,3

2,3

0,1

0,1 3

当前在线的节点

i = 0 1 2 3 4

5 7 6 7 8 12 12 12 20 20

节点

4

8 12 9 12 11 12 15 15 23 24

节点

7

13 15 14 15 16 20 20 20 28 1

节点

12

16 20 17 20 19 20 23 24 31 1

节点

15

i = 0 1 2 3 4

21 24 22 24 24 24 28 1

4 4

节点

20

25 27 26 27 28 1

0 1 8 12

节点

24

28 1 29 1 31 1 3 4 11 12

节点

27

路由算法 的分类

  静态算法

  自适应算法

  拓扑相 的路由算法

  移动节点的路由

  Ad-hoc网络的路由

移动IP（rfc2002）

  移动

不用修改计算机配置的

  支持主机移动或漫游的协议是

 

 

移动节点：一个移动的计算机，它改变位置时无需更改其 IP设 置，仍然可以通过其固定的 IP地址进行通信。

 

主代理：一个移动节点本地网络的主机或路由器，它保存有移 动节点的位置信息，当移动节点离 主网络时能 将发往移动 节点的数据包传给移动节点。

 

客代理：移动节点当前所在的外地网络上的一个主机，它能

移动 IP的工作机制

 

代理周期性地发送广播，宣告他们与链路之间 的 系

 

移动节点收到这些广播后，判断自己是在本地 网还是在其他网。

 

如在其他网

  移动节点向客代理注册，递交自己的

MAC地址和一些安全信息

  客代理与主代理联系，报告自己的网络地址

  主代理告诉客代理接收此消息

数据包的转发

 

首先，该包会路由到主网络

 

主代理查找到了移动主机的新住址，以及客代 理的地址。

  把此包再封装在一个

  告诉发送者将包直接发给客代理

 

客代理解封装数据包，把此数据包用数据链路 层协议传给移动主机

当有一个包发给移动主机时

安全问题

  采用优化路由的主要障碍是安全问题。

  当通信对端直接通过隧道与移动节点通信时，对端必 须知道移动节点当前的优化地址，这个问题与移动

注册相似。移动

节点当前的转交地址。一个

的注册给通信对端就可以中断移动节点和对端的通信，

这对移动

挑战。

移动 IPv6

  无客代理

  同时支持隧道和源路由技术

  主要内容

  移动主机在外地网上获取一个转交地址

  将转交地址通知主代理和他的通信 伴

  知道转交地址的 伴和直接发送信息

  不知道转交地址的 伴可发送给主代理，

由主代理在发送到转交地址

Ethernet 因特网 CN

8000::1234:4567:89AB:CDEF

MN

8000::123:0:2100:0D4D

MN

8000::123:0:2100:0D4D(HAddr)

隧道

1

2

3

外地子网1 8000::80:x:x:x

外地子网2 8000::688:x:x:x HA

8000::123:0:0:1 8000::123:x:x:x

MN:移动主机（Mobile Node）

HA:原地代理（Home Agent）

CN:通信主机（Correspondent Node）

HAddr:原地地址（Home Address）

CCOA:联合定位关照地址（Co-located Care-of-Addre

ss

路由算法 的分类

  静态算法

  自适应算法

  拓扑相 的路由算法

  移动节点的路由

  Ad-hoc网络的路由

Ad-Hoc模式!

  早期的

多个移动主机（无线站点）

之间的直接通信，毋需接 到有线网络，每个站点必 须

  现在的

机并不要求相互都能

“看”到，但，源主机到目

的主机之间至少存在一条

通路，途中的站点（移动

主机）同时也将兼作路由

器用，也可以与有线网络

Ad-Hoc的路由!

  主动路由

主动地发现并维护路由表

 

  按需路由

点才寻找路由

 

 

主动路由 DSDV

 

DSDV（Destination Sequenced Distance Vector）是一 采用距 离矢量算法的路由协议

 

网络中每个节点都维护一张路由表，路由表包含所有可能的目的节 点、距离信息以及下一跳等

 

每个节点都周期地广播其全部的路由信息（对于拓扑变化相对较慢 的网络只需广播其更新的路由信息），每个节点都依据所收到的信 息来维护它们的路由表

 

DSDV算法依赖于每个节点路由信息周期性的广播，在Ad-Hoc网络

中，由于其网络拓扑是动态变化的，维护一张路由表意味着耗用大

量的带宽和 CPU资源

Ad-Hoc的路由!

  主动路由

主动地发现并维护路由表

 

  按需路由

点才寻找路由

 

 

按需路由 AODV说明

 

AODV （Ad Hoc On-demand Distance Vector）

 

AODV是DSDV算法的改进，与DSDV的区 在于只是在需要时

（ on-demand）才寻找路由，而不必如DSDV一样需随时维护 一张包含全部节点的路由表

 

当源节点想发送信息给某个目的节点时，如当前没有路径，则启 动 Path Discovery过程，广播一个Route Request

RREQ） 路 径请求分组给相邻节点，收到此请求分组的邻节点再转发给它的 相邻节点并建立到源节点的反向路径，直到一个知道目的节点路 由信息的中间节点或目的节点本身 ，然后回 Route Reply

（

RREP） 路径应答包给源节点

 

AODV假设每一条链路都是双向对称的（Symmetric）

按需路由 AODV算法!

  AODV的请求分组和应答分组

  AODV的Path Discovery过程

  AODV的路径维护

AODV中的请求分组和应答分组

 

AODV中的请求分组

 

AODV中的应答分组

Source Add

Request ID

Destination Add

Source Seq. #

Destination

Seq. # Hop Count

Source Add

Destination Add

Destination

Seq. # Hop Count LifeTime

Tnbm P378 Fig. 5-22 Route Reply分组的格式 Tnbm P377 Fig. 5-21 Route Request分组的格式

按需路由 AODV算法!

  AODV的请求分组和应答分组

  AODV的Path Discovery过程

  AODV的路径维护

AODV算法举例—环境

A的广播范围

F

E G

H I

D

C

A B

  图为A~I九个节点当前的位 置及其相互的连接状态

  节点A的广播范围覆盖了节 点

B和节点D，所以A和B

A和D之间有连接，其

并假设连接是双向的

  当 前 A 准 备 向 I 发 送 分 组，

并且当前没有到达I的表项

  于是A发送一个RREQ广播 分组，分组中包含源和目 的地址（

A和I的IP地址）

路径发现过程 —Route Request1

  当B和D接收到A的RREQ 广播分组，于是查各自的 路由表，首先判断是否重

，然后查找是否有较新 的到达目的端的路径信息

  如果有，则向源节点回送 一个

RREP分组

  如果没有，则继续广播该

RREQ分组，并建立一逆

RREP分组途经本节点

F

E G

H I

D

C A B

可能的 逆向路径