7-2Network_Layer-IPv4地址及其表示法

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拥塞控制算法（3）

根据控制论，拥塞控制方法分为两类
- 开环控制 • 通过好的设计来解决问题，避免拥塞发生； • 拥塞控制时，不考虑网络当前状态。 - 闭环控制 • 基于反馈机制； • 工作过程
监控系统，发现何时何地发生拥塞； 把发生拥塞的消息传给能采取动作的站点 调整系统操作，解决问题。
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拥塞控制算法（14）

负载丢弃（Load Shedding）
- 上述算法都不能消除拥塞时，路由器只得将包丢弃；
- 针对不同服务，可采取不同丢弃策略
• 文件传输，优先丢弃新包，wine策略； • 多媒体服务，优先丢弃旧包，milk策略； - 早期丢弃包，会减少拥塞发生的概率，提高网络性能。
第八讲 网络层协议（2）
丁贵广 清华大学软件学院
主要内容

拥塞控制算法 Internet网络层协议
- IP协议
- IP地址及其表示方法
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主要内容

拥塞控制算法 Internet网络层协议
- IP协议
- IP地址及其表示方法
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上节内容回顾

路由算法
- 最短路径路由算法
- 洪泛算法
- 距离向量路由算法 - 链路状态路由算法
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S—突发数据持续的时 间
C—令牌桶容量 M—最大输出速率，单 位：字节/秒，25MBps P—令牌的达到速率， 单位：字节/秒， 2MBps 则有：
- C+PS=MS



• S=C/(M-P)
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拥塞控制算法（10）

虚电路子网中的拥塞控制
- 许可控制（admission control），基本思想：
- 先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。 - 当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报 直接交付给目的主机。 - 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使 路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号 提取出来。
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拥塞控制算法（1）

拥塞（congestion）
- 网络上有太多的包时，性能会下降，这种情况称为拥塞。
拥塞产生的原因
- 多个输入对应一个输出； - 慢速处理器； - 低带宽线路。
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拥塞控制算法（2）

拥塞控制与流量控制的差别
- 拥塞控制（congestion control）需要确保通信子网能够 承载用户提交的通信量，是一个全局性问题，涉及主机、 路由器等很多因素； - 流量控制（flow control）与点到点的通信量有关，主要 解决快速发送方与慢速接收方的问题，是局部问题，一 般都是基于反馈进行控制的。
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IP协议（3）
应用层 运输层
各种应用层协议 (TELNET, FTP, SMTP 等)
TCP, UDP
ICMP 网际层
IGMP
IP RARP ARP
网络接口层
与各种网络接口 物理硬件
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IP协议（4）
比特 0 固 定 部 分 IPv4 20 首部 字 节 可变 部分

4 版 本 首部长度
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IP地址及其表示方法（1）

把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由 器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标 识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配
- 令牌桶算法（The Token Bucket Algorithm） • 漏桶算法不够灵活，因此加入令牌机制；
• 基本思想：漏桶存放令牌，每T秒产生一个令牌， 令牌累积到超过漏桶上界时就不再增加。包传输之 前必须获得一个令牌，传输之后删除该令牌；
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拥塞控制算法（9）
- 漏桶算法与令牌桶算法的区别 • 流量整形策略不同：漏桶算法不允许空闲主机积累 发送权，以便以后发送大的突发数据；令牌桶算法 允许，最大为桶的大小。 • 漏桶中存放的是数据包，桶满了丢弃数据包；令牌 桶中存放的是令牌，桶满了丢弃令牌，不丢弃数据 包。
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主要内容

拥塞控制算法 Internet网络层协议
- IP协议
- IP地址及其表示方法
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IP协议（1）

在网络层，Internet可以看成是自治系统的集合， 是由网络组成的网络。

网络之间互连的纽带是IP（Internet Protocol）协 议
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IP协议（2）

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议 之一 。与 IP 协议配套使用的还有四个协议：
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IP地址及其表示方法（3）

分类IP地址
- 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字 段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的 网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机 （或路由器）。 - 两级的 IP 地址可以记为：
IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}


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拥塞控制算法（13）
- 逐跳抑制包（Hop-by-Hop Choke Packets） • 在高速、长距离的网络中，由于源主机响应太慢， 抑制包算法对拥塞控制的效果并不好，可采用逐跳 抑制包算法。 • 基本思想

抑制包对它经过的每个路由器都起作用； 能够迅速缓解发生拥塞处的拥塞； 上游路由器要求有更多的缓冲区；
• 只对IP包头做校验；
- 源地址(Source address)和目的地址(Destination address)
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IP协议（9）
- 选项（Options） • 变长，长度为4字节的倍数，不够则填充，最长为40 字节；
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主要内容

拥塞控制算法 Internet网络层协议
- IP协议
- IP地址及其表示方法
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拥塞控制算法（5）

拥塞预防策略
- 开环控制 - 影响拥塞的网络设计策略
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拥塞控制算法（6）

流量整形（Traffic Shaping）
- 开环控制 - 基本思想 • 造成拥塞的主要原因是网络流量通常是突发性的； • 强迫包以一种可预测的速率发送； • 在ATM网中广泛使用。
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拥塞控制算法（7）
- 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
- 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
- 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Pernet Group Management Protocol)
128.11.3.31
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IP地址及其表示方法（2）

IP地址编址方式
- 分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就 通过了相应的标准协议。 - 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准 [RFC 950]在 1985 年通过。 - 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出 后很快就得到推广应用。
• 一旦发生拥塞，在问题解决之前，不允许建立新的 虚电路；
- 另一种方法是发生拥塞后可以建立新的虚电路，但要绕 开发生拥塞的地区；
- 资源预留：建立虚电路时，主机与子网达成协议，子网 根据协议在虚电路上为此连接预留资源。
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拥塞控制算法（11）

数据报子网中的拥塞控制
- 每条输出线路关联一个实变量U，取值为0.0~1.0，代表该线路 的最近利用率;
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24 总 长 度
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服务类型 识
协 议 源 地 址 目 的 地 址 标志
标
生存时间
片 偏 移
首 部 检 验 和
可 选 字 段 （长 度 可 变）
填
充
IP头格式
- IP头包括20个字节的固定部分和变长（最长40字节）的 可选部分，从左到右传输；
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IP协议（5）
- 版本域（version）； - IHL：IP包头长度，最小为5，最大为15，单位为32-bit word； - 服务类型域（Type of Service） • 3个优先级位； • 3个标志位：D（Delay）、T（Throughput）、 R（Reliability）； • 2个保留位； • 目前，很多路由器都忽略服务类型域。 - 总长度域（Total length） - 标识域（Identification）：让目标主机确定新到达的数据 段属于哪一个数据报。

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拥塞控制算法（4）

衡量网络是否拥塞的参数
缺乏缓冲区造成的丢包率； 平均队列长度； 超时重传的包的数目； 平均包延迟； 包延迟变化（Jitter）。

反馈方法
- 向负载发生源发送一个告警包； - 包结构中保留一个位或域用来表示发生拥塞，一旦发生 拥塞，路由器将所有的输出包置位，向邻居告警； - 主机或路由器主动地、周期性地发送探报（probe），查 询是否发生拥塞。
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拥塞控制算法（12）
- 抑制包（Choke Packets） • 基本思想

每个新包到来，检查它的输出线路是否处于警戒状态； 若是，则向源主机发送抑制包，包中指出发生拥塞的目的 地址。同时将原包打上标记（为了以后不再产生抑制包）， 正常转发； 源主机收到抑制包后，按一定比例减少发向特定目的地的 流量，并在固定时间间隔内忽略指示同一目的地的抑制包。 然后开始监听，若此线路仍然拥塞，则主机在固定时间内 减轻负载、忽略抑制包；若在监听周期内没有收到抑制包， 则增加负载； 通常采用的流量增减策略是：减少时，按一定比例减少， 保证快速解除拥塞；增加时，以常量增加，防止很快导致 拥塞。