一、網(wǎng)絡(luò)層的功能
1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
????????所謂網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是指將兩個(gè)以上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)一定的方法，用一種或多種通信處理設(shè)備（即中間設(shè)備）相互連接起來(lái)，一構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。中間設(shè)備又稱(chēng)中間系統(tǒng)或中繼系統(tǒng)。根據(jù)所在的層次，中繼系統(tǒng)分為以下4種：
????????1）物理層中繼系統(tǒng)：中繼器、集線(xiàn)器（Hub）；
????????2）數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋 或 交換機(jī)；
????????3）網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器
????????4）網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)；
????????使用物理層或數(shù)據(jù)鏈路層的中繼系統(tǒng)時(shí)，只是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大的，而從網(wǎng)絡(luò)層的角度來(lái)看，它仍然是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一般并不稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。因此網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通常是指用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和路由選擇。路由器是一臺(tái)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，用于在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。
????????TCP/IP體系在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)上采用的做法是在網(wǎng)絡(luò)層（即IP層）采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，但相互連接的網(wǎng)絡(luò)可以是異構(gòu)的。許多計(jì)算計(jì)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一些路由器進(jìn)行互聯(lián)，由于參加互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都是使用的相同的網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP），因此可以把互聯(lián)后的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)虛擬IP網(wǎng)絡(luò)。
????????虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)起來(lái)的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來(lái)是客觀存在的，但是通過(guò)使用IP就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層上看起來(lái)就好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。這種使用IP的虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可簡(jiǎn)稱(chēng)為IP網(wǎng)絡(luò)。
????????使用虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見(jiàn)互聯(lián)的具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)（如具體的編址方案、路由選擇協(xié)議等）；
2、路由與轉(zhuǎn)發(fā)
? ? ? ? 路由器主要完成兩個(gè)功能：
????????1、路由選擇（確定哪一條路徑）：是根據(jù)特定的路由選擇協(xié)議構(gòu)造出路由表，同時(shí)經(jīng)?；蚨ㄆ诘睾拖噜徛酚善鹘粨Q路由信息而不斷地更新和維護(hù)路由表。 路由選擇是指按照復(fù)雜的分布式算法，根據(jù)從相鄰路由器所得到的關(guān)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r，動(dòng)態(tài)地改變所選擇的路由；
????????2、分組轉(zhuǎn)發(fā)（當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)時(shí)所采取的動(dòng)作）：處理通過(guò)路由器的數(shù)據(jù)流，關(guān)鍵操作是轉(zhuǎn)發(fā)表查詢(xún)、轉(zhuǎn)發(fā)及相關(guān)的隊(duì)列管理和任務(wù)調(diào)度等；分組轉(zhuǎn)發(fā)指路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶(hù)的IP數(shù)據(jù)報(bào)從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。
? ? ? ? 路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的，而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。轉(zhuǎn)發(fā)表的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)使查找過(guò)程最優(yōu)化，路由表則需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠?jì)算最優(yōu)化。在討論路由選擇的原理時(shí)，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表，而是籠統(tǒng)地使用路由表一詞。
3、擁塞控制
? ? ? ? 在通信子網(wǎng)中，因出現(xiàn)過(guò)量的分組而引起網(wǎng)絡(luò)性能下降的現(xiàn)象稱(chēng)為擁塞。
????????判斷網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)入擁塞狀態(tài)的方法是：觀察網(wǎng)絡(luò)的吞吐量狀態(tài)；如果網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大而下降，那么網(wǎng)絡(luò)就可能已進(jìn)入擁塞狀態(tài)；如果網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載繼續(xù)增大，而網(wǎng)絡(luò)的吞吐量下降到零，那么網(wǎng)絡(luò)就可能已經(jīng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)；
? ? ? ? 為避免擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)，要采用能防止擁塞的一系列方法對(duì)子網(wǎng)進(jìn)行擁塞控制。擁塞控制主要解決的問(wèn)題是如何獲取網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞的信息，從而利用這些信息進(jìn)行控制，以避免由于擁塞而出現(xiàn)分組丟失，以及嚴(yán)重?fù)砣a(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)死鎖的現(xiàn)象。
? ? ? ? 擁塞控制的作用是確保子網(wǎng)能夠承載所達(dá)到的流量，這是一個(gè)全局性的過(guò)程，涉及各方面的行為：主機(jī)、路由器及路由器內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)處理過(guò)程等。單一地增加資源并不能解決擁塞。
? ? ? ? 流量控制和擁塞控制的區(qū)別：流量控制往往是指在發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信量的控制。流量控制所要做的是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來(lái)得及接收。而擁塞控制必須確保通信子網(wǎng)能夠傳送待傳送的數(shù)據(jù)，是一個(gè)全局性的問(wèn)題，涉及網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)、路由器及導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降的所有因素。
? ? ? ? 擁塞控制的方法有兩種：
? ? ? ? 1）開(kāi)環(huán)控制：在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)不產(chǎn)生擁塞。這是一種靜態(tài)的預(yù)防方法。一旦整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)并運(yùn)行，中途就不再需要修改。開(kāi)環(huán)控制手段包括確定何時(shí)可接收新流量、何時(shí)可丟棄分組及丟棄哪些分組，確定何種調(diào)度決策等。所有這些手段的共性是，在做決定時(shí)不考慮當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。
? ? ? ? 2）閉環(huán)控制：事先不考慮有關(guān)發(fā)生擁塞的各種因素，采用檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)去監(jiān)視，及時(shí)檢測(cè)哪里發(fā)生了擁塞，然后將擁塞信息傳到合適的地方，以便調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行，并解決出現(xiàn)的問(wèn)題。閉環(huán)控制時(shí)基于反饋環(huán)路的概念，是一種動(dòng)態(tài)的方法。
二、路由算法
1、靜態(tài)路由 與動(dòng)態(tài)路由
? ? ? ? 路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組是通過(guò)路由表轉(zhuǎn)發(fā)的，而路由表是通過(guò)各種算法得到的。從能否隨網(wǎng)絡(luò)的通信量或拓?fù)渥赃m應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整變化來(lái)劃分，路由算法可分為以下兩大類(lèi)：
? ? ? ? 靜態(tài)路由算法：也稱(chēng) 非自適應(yīng)路由算法，指由網(wǎng)絡(luò)管理員手工配置的路由信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員手工去修改路由表中相關(guān)的靜態(tài)路由信息。大型和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境通常不宜采用靜態(tài)路由。一方面，網(wǎng)路管理員難以全面了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器中的靜態(tài)路由信息需要大范圍地調(diào)整，這一工作的難度和復(fù)雜度非常高。
? ? ? ? 動(dòng)態(tài)路由算法：又稱(chēng)自適應(yīng)路由算法。指路由器上的路由表項(xiàng)時(shí)通過(guò)相互連接的路由器之間彼此交換信息，然后按照一定的算法優(yōu)化出來(lái)的，而這些路由信息會(huì)在一定時(shí)間間隙里不斷更新，以適應(yīng)不帶變換的網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)獲取最優(yōu)的尋路效果。
? ? ? ? 靜態(tài)路由算法的優(yōu)點(diǎn)時(shí)簡(jiǎn)便、可靠，在負(fù)荷穩(wěn)定、拓?fù)渥兓淮蟮木W(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行效果很好，因此廣泛用于高度安全的軍事系統(tǒng)和嬌小的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)路由算法能改善網(wǎng)絡(luò)的性能并有助于流量控制；但算法復(fù)雜，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，有時(shí)因?qū)?dòng)態(tài)變化的反應(yīng)太快而引起振蕩，或反應(yīng)太慢而影響網(wǎng)絡(luò)路由的一致性，因此要仔細(xì)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)路由算法，以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。常用的動(dòng)態(tài)路由算法可分為兩類(lèi)：距離-向量路由算法 和 鏈路狀態(tài)路由算法； ? ?
2、距離-向量路由算法
? ? ? ? 在距離-向量路由算法中，所有結(jié)點(diǎn)都定期地將它們的整個(gè)路由選擇表傳送給所有與之直接相鄰的結(jié)點(diǎn)。這種路由選擇表包含：1）每條路徑的目的地（另一個(gè)結(jié)點(diǎn)）；2）路徑的代價(jià)（也稱(chēng)距離）；在這種算法中，所有結(jié)點(diǎn)都必須參與距離向量交換，以保證路由的有效性和一致性，也就是說(shuō)，所有的結(jié)點(diǎn)都監(jiān)聽(tīng)從其他結(jié)點(diǎn)傳來(lái)的路由選擇更新信息，并在下列情況下更新它們的路由選擇表：
? ? ? ? 1）被通告一條新的路由，該路由在本結(jié)點(diǎn)的路由表中不存在，此時(shí)本地系統(tǒng)加入這條新的路由；
? ? ? ? 2）發(fā)來(lái)的路由信息中有一條到達(dá)某個(gè)目的地的路由，該路由與當(dāng)前使用的路由相比，有較短的距離（較小的代價(jià)）。此種情況下，就用經(jīng)過(guò)發(fā)送路由信息的結(jié)點(diǎn)的新路由替換路由表中到達(dá)那個(gè)目的地的現(xiàn)有路由；
? ? ? ? 距離-向量路由算法的實(shí)質(zhì)是，迭代計(jì)算一條路由中的站段數(shù)或延遲時(shí)間，從而得到到達(dá)一個(gè)目標(biāo)的最短（最小代價(jià)）通路。它要求每個(gè)結(jié)點(diǎn)在每次更新時(shí)都將它的全部路由表發(fā)送給所有相鄰的結(jié)點(diǎn)。顯然，更新報(bào)文的大小與通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)成正比，大的通信子網(wǎng)將導(dǎo)致很大的更新報(bào)文。由于更新報(bào)文發(fā)給直接鄰接的結(jié)點(diǎn)，所以所有結(jié)點(diǎn)都將參與路由選擇信息交換?；谶@些原因，在通信子網(wǎng)上傳送的路由選擇信息的數(shù)量很容易變得非常大。
? ? ? ? 最常見(jiàn)的距離-向量路由算法是RIP算法，它采用“跳數(shù)”作為距離的度量；跳數(shù)指從源端口到達(dá)目的端口所經(jīng)過(guò)的路由個(gè)數(shù)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，跳數(shù)加1。
3、鏈路狀態(tài)路由算法
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