高级计算机网络整.ppt

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1、2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,1,高级计算机网络,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,2,内容提要,4.1 互连网 4.2 网际协议IP 4.3 基本路由选择 4.4 路由器 4.5 下一代网际协议IPv6 4.6 传输控制协议TCP4.7 TCP/IP 与 ATM结合4.8 IP over SDH4.9基于IP交换的集群路由,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,3,4.1 互连网,互连网(internet)是泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络,它使得互连接的计算机用户可以进行通信，即从功能上和逻辑上看，这些机器互连在一起，组成一个网络系统。要使网络互连在一

2、起，必须要通过中继系统。根据中继系统的所在的层次，分为下列五种中继系统：（1）物理层中继系统，即转发器（repeater）。（2）数据链路层中继系统，即网桥或桥接器（bridge）。（3）网络层中继系统，即路由器（router）。（4）网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）。(5)网络层以上的中继系统，即称为网关（gateway）。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,4,4.1 互连网,当前世界最大的、开放的互连网是因特网，即Internet,由众多网络相互连接而成的特定的计算机网络，采用TCP/IP协议族。Internet使得世界各地的计算机用户通过高速网络共享信息资源。In

3、ternet网始于 60 年代,前身是由美国联邦政府开发的 ARPANET 网。1965年 MIT林肯实验室的TX-2和系统开发公司Santa Monica的AN/FSQ-32通过一根专用1200bps电话线(没有分组交换)直接连接;后来数据设备公司DEC的计算机加入以形成实验网络。1967年第一份有关ARPANET的设计论文由Larry Roberts发表出版:多计算机网络与计算机间通信,三支独立的分组网络队伍(RAND、NPL、ARPA)首次会合。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,5,4.1 互连网,位于英格兰Middlesex的英国国家物理研究所(NPL)在Donald Wa

4、tts Davies的努力下开发了NPL数据网络。NPL网络是在分组交换上的一次实验,使用了768kbps的带宽。1968年Bolt Beranek&Newman公司(BBN)赢得ARPANET承包工程。BBN选择了Honeywell微型计算机来作为创建交换机的基础。1969年ARPANET网络于1969年建成,连接了四个节点:洛杉矶的加利福尼亚大学、斯坦福的SRI、圣巴巴拉的加利福尼亚大学和犹他大学。该网络通过50Kbps电路接通。1970年在春季联合计算机会议(SJCC)上首次发表原始ARPANET主机-主机协议ARPA网络中的主机-主机通信协议。第一个无线电分组网络,AKIGA网于7月开

5、始运行。它是由夏威夷大学的Norman Abramson发展而来的。于1972年与ARPANET相连接,ARPANET的主机开始使用第一个主机-主机协议,即网络控制协议(NCP)。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,6,4.1 互连网,1971年 BBN的Ray Tomlinson发明了电子邮件程序,可以通过分布式网络发送信息。最初的电子邮件程序是从两个其他程序中派生出来的。它们是:机器内电子邮件程序(SENDMSG)和实验性的文件传送程序(CPYNET)。1972年BBN的Ray Tomlinson又为ARPANET修改了电子邮件程序,它很快就风行起来。Tomlinson从模型33

6、电传打字机的符号键中选中来表示在的意思。1973年ARPANET第一次实现国际连接,是在英国伦敦大学与挪威NORSAR之间。来自斯坦福的Vint Cerf和DARPA的Bob Kahn开始领导一个小组开发后来被称为TCP/IP的协议。利用这种新的协议可以实现不同计算机网络的互连。Cerf和Kahn于9月在英国布赖顿的Sussex大学国际网络工作小组中提出了基本的互连思想。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,7,4.1 互连网,1981年由计算机科学家与Delaware、Purdue大学、Wisconsin大学、RAND公司和BBN联合开发建立CSNET(计算机科学网),使用的是NSF

7、批准的种子基金。它的用途是为大学科学家们提供网络服务(特别是电子邮件),它没有对ARPANET的访问权。CSNET后来成为著名的计算机与科学网。DCA和ARPA制定传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP),它们一起做为一个协议组合被人们普遍视为用于ARPANET网的TCP/IP。这样一来就出现了对Internet的最早一个定义,即为网络的连接组合,特别是指那些使用TCP/IP的网络,也就是说Internet是连接起来的TCP/IP互连网络。1983年与ARPANET联网的每台机器都必须使用TCP/IP。TCP/IP成为核心Internet协议,彻底取代NCP。威斯康星大学创建域名系统(DNS

8、)。该系统使包可以定向传输到一个域名,服务器数据库将把域名转换成相应的IP数字。这样,由于人们不必再记忆数字,访问其它服务器就容易得多。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,8,4.1 互连网,ARPANET分成ARPANET和MILNET。后者与头一年创建的国防数据网合并。113个现存网点中的68个网点归于MILNET。MILNET为军方服务,ARPANET支持先进研究部门,国防部继续对这两个网络提供支持。1984年引入域名系统(DNS)。1985年USC的信息科学机构(ISI)负责通过DCA对DNS进行基本管理,SRI负责DNS NIC注册。3月15日第一个注册域名问世,即S,其他

9、最先注册的还有:cmu.edu,碍purdue.edu,rice.edu,ucla.edu,css.gov,mitre.org.uk。1986年创建了NSFNET(基干速度为56Kbps),NSF建立了五个超级计算中心以提供高计算能力。这五个中心分别为位于普林斯顿的JVNC、兹堡的PSC、UCSD的SDSC、UIUN的NCSA、科内尔的理论中心。这样就使得连接的数量迅猛增大,特别是来自大学的连接。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,9,4.1 互连网,1990年Tim Berners-Lee和日内瓦的CERN实施了一种超文本系统,向国际高能物理界提供高效的信息访问。CREN的一个关键

10、特征是,它的运行成本完全由会员机构支付的费用来承担。1991年CERN发布了环球信息网(WWW)，开发者是Tim Berners-Lee，这使Internet 飞速发展。网络层是传输载体和用户之间的接口，是通信子网的边界。由于通信子网通常由异种网络构成，因此网络层协议必须隐藏低层物理网络的细节，把通信问题从细节中解放出来，通过提供通用的网络服务，使得低层网络向用户和应用程序透明。网络层的服务应满足：服务与通信子网无关，即通信子网的数量、类型和拓扑结构对传输层来说是透明的；传输层所获得的网络地址是统一编号的，即使传输过程中跨越了多个LAN或WAN。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,1

11、0,4.1 互连网,因特网中的通信工作方式如下：传输层从上层应用程序获取数据流并其分成最大长度为64KB的数据报。每个数据报经过一个或者多个同构或者异构网络的传输，其间可能会被分为更小的分段。当所有的分段都到达目的地的时候，由网络层把它们重组为原来的数据报。数据报完整地传到传输层后，被插入传输层进程的输入流中。所以在网络层，因特网可以被看作一组相互连接的子网或自治系统。将因特网连接在一起的是网络互连协议（IP）。IP服务是不可靠的，即它不能保证数据无差错地到达目的端，也不保证顺序到达，由传输层负责恢复各种可能的错误。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,11,4.2 网际协议IP,因特

12、网中的通信工作方式如下：传输层从上层应用程序获取数据流并其分成最大长度为64KB的数据报。每个数据报经过一个或者多个同构或者异构网络的传输，其间可能会被分为更小的分段。当所有的分段都到达目的地的时候，由网络层把它们重组为原来的数据报。数据报完整地传到传输层后，被插入传输层进程的输入流中。所以在网络层，因特网可以被看作一组相互连接的子网或自治系统。将因特网连接在一起的是网络互连协议（IP）。IP服务是不可靠的，即它不能保证数据无差错地到达目的端，也不保证顺序到达，由传输层负责恢复各种可能的错误。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,12,4.2 网际协议IP,IP是Internet Pr

13、otocol的缩写。IP协议是Internet一系列协议的核心内容,主要负责无连接的数据报传输,从而实现广域异种网络的互连。目前Internet使用的IP协议是IPv4(IP version 4)。IPv4协议是Internet标准制定组织在1981年9月确定的正式标准,即第5呈标准(RFC 791 Internet Protocol)。现在，IP协议已经是Internet上广泛应用的标准。据统计，在1997年企业和服务提供商的网络中,IP协议在其中所占比重超过70%。与IP协议配套使用的还有三个协议：地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）；反向地址解析协

14、议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)；Internet控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,13,IP协议及其配套协议,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,14,IP地址,IP协议是数据流动的中心。IP地址就是给每一个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围唯一的地址。IP地址的寻址过程是这样的：先按IP地址中的网络号net-id把网络找到，再按主机号host-id把主机找到。IP地址指出了连接到某个网络上的某个计算机。这了便于管

15、理，IP地址分为A、B、C、D、E五类。常用的A类、B类和C类地址都由两个字段组成，即：网络号字段net-id。A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1，2和3字节长，在网络号字段的最前面有13bit的类别比特，其数值规定为0,10和110。主机号字段host-id。A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3，2和1字节长。D类地址是多播地址，E类地址预留。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,15,IP地址,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,16,IP地址,一般常用32bit的IP地址中的每8 个比特的等效十进制表示IP地址，产并且在这些数字之间加上一个点。如地址127.11

16、.3.30 表示地址10000000 00001011 00000011 00011110。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,17,IP地址,TCP/IP体系规定用一个32bit的子网掩码来表示子网号字段的长度。具体做法是：子网掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组成。“1”对应于网络号和子网号字段，而“0”对应于主机号字段。例如子网掩码为：11111111 11111111 11111111 00000000，前三个字节全1，代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址；后一个字节全0，代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。这种位模式叫做子网掩码。为了使用的方便，常常使用“点

17、分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码，例如B类地址子网掩码（）为：255.255.255.0。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,18,IP地址,子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。例如：有一个C类地址为：192920013其缺省的子网掩码为：2552552550则它的网络号和主机号可按如下方法得到：首先将IP地址192920013转换为二进制11000000 00001001 11001000 00001101，然后将子网掩码2552552550转换为二进制11111111 11111111 11111111 00000000

18、；再将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果即为网络部分11000000 00001001 11001000 00000000结果为，即网络号为；将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机部分00000000 00000000 00000000 00001101结果为，即主机号为13。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,19,IPv4,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,20,IPv4,一个IP数据报由头部和数据两部分组成。头部包括源IP地址、目的地IP地址和类型域。源IP地址域含有发送方的IP地址，目的地址域含有接受方的IP地址，类型域指明数据的类

19、型。数据报头部里的每个域都有固定的大小。版本号用来指明数据报IP版本，头部长度指明数据报长度。服务类型域包含的值指明发送方是否希望以一条低延迟的路径或是以一条高吞吐量的路径来传送该数据报。当一个路由器知道多条通往目的地的路径时，就可以靠这个域对路径加以选择。总长域为16位的整数，指出以字节记的数据报总长度，包括头部长度和数据长度，标识是为了使分段后的各数据报段最后能准确地重装成为原来的数据报。标志占三位，目前只有两位有意义。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,21,IPv4,最低位记为MF（More Fragment）。MF=1表示后面还有分段的数据报；MF=0表示已是最后一个数据段

20、，中间的一位记为DF（Dont Fragment）。只有当DF=0时才允许分段。段偏移指出该段在原始数据报中的位置。生存时间用来阻止数据报在一条包含环路的路径上永远的传送。当软件发生故障或管理人员错误地配置路由器时，就会产生这样的路径。发送方负责初始化生存时间域。这是一个从1到255之间的整数。头部校验和域确保头部在传送过程中不被改变。为了保证数据报不扩大，IP定义了一套可选项。当一个IP数据报没有可选项时，头部长度域的值为5。头部以目的地址域作为结束。因为头部长度总为32的倍数。如果可选项达不到32的整数倍，全0的填充域会被加入以保证头部长度是32的整数倍。,2023/11/6,史忠植 高级

21、计算机网络,22,4.3 基本路由选择,IP路由选择是指寻找一条将数据报从信源机传往信宿机的最佳传输路径的过程，而传输路径上往往由一系列路由器组成，因此IP路由选择实质是在不同的路由器之间作出选择，选择数据报传输过程中的下一个路由器，从而获得最佳传输路径。我们通过一个例子来说明路由器工作原理。-站点A需要向站点B传送信息(并假定站点B的IP地址为120.0.5)，它们之间需要通过多个路由器的接力传递。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,23,4.3 基本路由选择,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,24,工作原理,（1）站点A将站点B的地址120.0.5连同数据信息以数据报的

22、形式发送给路由器1。（2）路由器1收到站点A的数据报后，先从报头中取出地址120.0.5，并根据路径表计算出发往站点B的最佳路径:R1R2R5B;并将数据报发往路由器2。（3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据报转发给路由器5。（4）路由器5同样取出目的地址，发现120.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据报直接交给工作站B。（5）站点B收到站点A的数据报，一次通信过程宣告结束。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,25,工作原理,IP路由表的结构如下：信宿网络号直接/间接标志路由器IP地址网络接口号路由表的作用是为IP路由选择提供两种信息：发送数据报时使用的网络接口信息；

23、放入本地数据报头标志的信宿地址即路径信息。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,26,路由算法,（1）从数据报的头部提取目的站的IP地址D，得出目的站的网络号为N。（2）若N就是与此路由器直接相连的某一个网络号，则不需要再经过其它的路由器，而直接通过该网络将数据报交付给目的站D；否则，执行（3）。（3）若路由表中有目的地址为D的指明主机路由，则将数据报传送给路由表中所指明的下一站路由器；否则，执行（4）。（4）若路由表中有到达网络N的路由，则将数据报传送给路由表中所指明的下一站路由器；否则，执行（5）。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,27,路由算法,（5）若路由表中有子网

24、掩码一项，须对路由表中的每一行，用子网掩码进行和目的站IP地址相“与”的运算，社得出结果为M。若M等于这一行中的目的站网络号，则将数据报传送给路由表中所指明的下一站路由器；否则，执行（6）。（6）若路由表中有一个默认路由，则将数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（7）。（7）报告路由选择出错。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,28,路由选择协议,（1）内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。具体的协议有路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）、HELLO协议、

25、开放最短通路优先协议OSPF(Open Short Path First)。（2）内部网关协议EGP（External Gateway Protocol）当源站和目的站处在不同的自治系统中，若数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这种协议就是内部网关协议。具体的协议有BGP。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,29,路由选择协议,Internet最常采用的路由算法是动态路由算法，它分为两种：向量-距离（V-D）算法和链路-状态（L-S）算法。向量-距离的思想是给表中的每一个目的地址指定一个距离度量，通常是从本地主机到目的地址的站点个数

26、。理论上选择经过站点数最少的路径。这样要交换的信息量极大。为了克服这个缺点，在链路-状态算法中，定义了一个网络拓扑数据库，因此结点只要发送数量少得多的信息就可以确定路由路径。对应于不同路由选择算法、使用场合等存在着许多不同的路由选择协议，IP路由选择就是靠这些路由算法、协议获取路径信息而维护路由表的完整性的。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,30,路由选择协议,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,31,4.4 路由器,路由器的功能分成两大类:-1.数据通道功能：指施加在每个数据包上的操作。这些功能一般用特定的硬件来完成，功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等。-2.控

27、制功能：指一些相对不常使用的功能。这些功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,32,4.4 路由器,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,33,数据通道功能,转发决定：当数据包抵达路由器时，它首先在转发表中查找它的目的地址。若找到目的地址，那么就在数据包的前部添加下一跳的MAC地址，IP数据包头的TTL（TimetoLive）域开始减数，并计算新的校验和（checksum）。背板转发：数据包通过背板被转发到它的输出端口。当数据包等待通过背板转发时，数据包需要进行排队：若排队空间不足，那么可能需要丢弃该包，或

28、替代别的数据包。输出链路调度：当数据包抵达输出端口时，它需要按顺序等待以便传送到输出链路上。在大多数路由器中，输出端口保持先到先服务队列，按数据包抵达的次序进行传送。更先进的路由器可将数据包分成不同的流量队列和优先级，并精心安排每个数据包的离开时间以便满足服务质量（QoS）要求。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,34,路由器体系结构(a),2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,35,路由器体系结构(a),采用共享中央总线、中央CPU、内存及外围线卡。中央CPU必须执行：过滤/转发数据包，根据需要修改数据包头标，更新路由及地址数据库，解释管理数据包，响应SNMP请求，生成管理数

29、据包以及处理其他业务等功能；每块线卡执行MAC层功能，用于将系统连至外面的链路。从输入链路上抵达的数据包穿过共享总线抵达中央CPU，CPU做出转发决定。然后，数据包再次通过总线传送到它的输出线卡上。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,36,路由器体系结构(a),主要局限是：CPU必须处理每一个数据包，从而限制了系统的吞吐量；即使所有数据包是抵达同一线卡中的网络接口，它们也必须两次穿越系统总线，这将导致系统性能随接口的增加而降低；转发决定由软件完成，受CPU运行速率的限制；中央CPU出现故障将导致系统瘫痪。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,37,路由器体系结构(b),202

30、3/11/6,史忠植 高级计算机网络,38,路由器体系结构(c),2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,39,路由器体系结构(c),是目前最先进的路由器体系结构。它采用纵横式交换结构替代共享总线，这样就允许多个数据包同时通过总线进行传送，从而极大地提高了系统的吞吐量，使系统的性能得到显著提高，如Cisco的GSR12000系列千兆位交换路由器就是根据这种结构来设计的。这种路由器内部是无阻塞的，但需要采用合理的调度算法来解决行首HOL阻塞、输入、输出阻塞等影响系统性能的问题。-目前，最先进的路由器已将第二层的信元/帧交换功能和第三层的智能路由与可伸缩性功能融为一体，提供高达千兆位的端口速率

31、、服务质量（QoS）和多播（Multicasting）能力，不断满足多媒体通信网络的需要。路由器主要呈以下三种发展趋势。第一种趋势是越来越多的数据通道功能以硬件方式来实现；第二种趋势是采用并行处理技术；第三种趋势就是放弃使用共享总线，使用交换背板。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,40,路由器体系结构(c),是目前最先进的路由器体系结构。它采用纵横式交换结构替代共享总线，这样就允许多个数据包同时通过总线进行传送，从而极大地提高了系统的吞吐量，使系统的性能得到显著提高，如Cisco的GSR12000系列千兆位交换路由器就是根据这种结构来设计的。这种路由器内部是无阻塞的，但需要采用合理

32、的调度算法来解决行首HOL阻塞、输入、输出阻塞等影响系统性能的问题。-目前，最先进的路由器已将第二层的信元/帧交换功能和第三层的智能路由与可伸缩性功能融为一体，提供高达千兆位的端口速率、服务质量（QoS）和多播（Multicasting）能力，不断满足多媒体通信网络的需要。路由器主要呈以下三种发展趋势。第一种趋势是越来越多的数据通道功能以硬件方式来实现；第二种趋势是采用并行处理技术；第三种趋势就是放弃使用共享总线，使用交换背板。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,41,4.5下一代网际协议IPv6,1990年，IETF开始着手开发IP的新版本，它的主要目标有103：即使地址空间分配的

33、利用率不高，也能够支持上百亿台计算机；提供更好的安全性（身份认证和隐私权）；增加对服务类型的支持，特别是实时服务；通过定义范围来帮助多点播送的实现；让移动主机可以不改变地址实现漫游；减小路由选择表的长度；简化协议，使路由器处理分组更加迅速。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,42,4.5下一代网际协议IPv6,IPv6有比IPv4更长的地址，每个地址有16字节（128位），这是一个几乎无限的地址空间，从而达到了最初的设计目标。IPv6对头部作了简化，并加强了对选项的支持。通过将IPv4中一些必须的字段变为可选的，让中间路由器跳过这些选项，加速了路由器处理分组的速度。IPv6在安全性方

34、面有很大进步，身份认证和隐私权是其关键特性。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,43,头部格式,IPv4中的协议字段没有了，因为下一个头部中说明了最后一个IP头部后的数据应当交给什么协议处理（TCP或者UDP）；IPv6固定头部的字段数目减少，而且长度是固定的。因为原来的某些字段被放到扩展头部中，大多数情况下不需要中间路由器的处理；IPv4中所有与分段相关的字段都没有了，因为IPv6使用另外一个方法来实现分段：所有使用IPv6的机器都必须支持1280字节（以前是576字节）的分组，如果某个主机发送了一个过大的分组，不能转发该分组的路由器不再对其进行分段，而是返回一个错误消息，使源端主

35、机分解所有发往原目的地的分组。这种方法远比在分组传输过程中对其进行分段有效。校验和字段也没有了，因为校验和大大降低了性能。并且现在网络的可靠性很高，更何况链路层和传输层通常都有自己的校验和，因此IPv6中大胆地省略了这个字段。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,44,头部格式,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,45,IPv6的地址,IPv4的地址由网络地址和主机地址组成。但地址的这种结构造成了一些浪费。因为一旦分配了网络地址，就意味着不管该网络中的地址是否能够得到充分利用，其他人都不能够使用；网络的发展速度非常快，很多组织都使用多个LAN，而且无线网络的使用者越来越多，这就

36、带来了灵活地和动态地分配IP地址的问题；通常，一个主机只分配一个IP地址，但是有时候也需要给一个主机分配多个地址，这更增加了对地址的需求。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,46,IPv6的地址,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,47,IPv6的地址,为了便于书写，采用了新的地址标记方法，即8组4位16进制数，比如：8000：0000：0000：0000：0123：4567：89AB：CDEF因为很多地址中都有0，所以可以使用一些简化，如：省略一组中的前几个0；用一对冒号代替一组或者多组全0；那么上述地址可以写为：8000:123:4567:89AB:CDEF。与 IPv4

37、兼容的地址可以写为：:202.38.64.3。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,48,IPv6的地址,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,49,单播地址,单点播送地址可以有多种格式：基于提供者的、本地链路、本地网点、与IPv4兼容的地址以及本地回路。基于提供者的单播地址（图4.8a）为联网的主机提供全球唯一的地址。这个地址的前缀后面有5个域：登记处标识、提供者标识、用户标识、子网标识和接口标识。到目前为止，这些域的长度都没有确定。可以看出，这种地址在划分子网的时候，灵活度比较大。IPv6支持本地地址，它们只在本地有意义。这样的地址可以在各个机构之间重用而不发生冲突，使用这种

38、地址的主机与因特网隔离，不能冲破机构之间的界限，因而很适合使用防火墙的机构。图4.8b和4.8c分别是本地链路单播地址和本地网点单播地址的格式。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,50,任意播送地址,任意播送的目的地址是组地址，但是它不是将分组分发给组中的每一个成员，而是发送给其中任何一个，通常是最近的一个。例如：当主机和协议文件服务器通信的时候，可以使用任意播送地址连接最近的一台服务器，而不需要知道具体是哪一台。任意播送地址的使用使得任意播送组的主机必须能够识别这些地址，而且路由器也应该能够把任意播送地址映射到一组单播接口的地址。图3.e中是一种特殊的任意播送地址，称为子网路由器任

39、意播送地址。子网前缀用来标识一个特定的子网。比如：可以把图2.a中的接口标识置为0，就可以作为子网路由器任意播送地址了。所有发往该地址的分组可以发往该子网中的任意一个路由器。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,51,多播地址,在IPv6中，可以预先把若干个接口的地址定义为一个多点播送地址。具有多点播送地址的分组将被发送给组中的每一个主机。多点播送地址有一个4位的标志字段、一个4位的范围字段和112位的组标识。标志字段值为0时表示是全球性的网络地址分配机构分配的永久性的或者众所周知的组地址；为1时表示临时性的组地址。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,52,IPv6的扩展头部

40、及其功能,由于在有些情况下需要对分组作一些特殊的处理，所以IPv6中引入了扩展头部（extensionheader）的概念。到目前为止，共定义了6种扩展头部，每一种都是可选的，但是如果使用了多于一种头部，那么它们应当以表4.4中所列出的顺序排列。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,53,IPv6的扩展头部及其功能,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,54,4.6 传输控制协议TCP,TCP/IP的运输层有两个不同的协议，即用户数据协议UDP(User Datagram Protocol)和传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）。UDP

41、在传送数据之前不需要先建立连接，TCP则提供面向连接的服务。由于TCP要提供可行的运输服务，因此TCP增加了许多的开销，如应答、流量控制、定时器以及连接管理等。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,55,TCP 报头,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,56,TCP服务,TCP为主机提供许多服务。TIP是一个面向连接的协议，它必须提供会话管理和数据单元的可靠传输。IP是一个无连接协议，它依靠TIP提供可靠的数据传输。TCP提供的两种重要服务：差错控制和流量控制。TCP差错和流量控制的一个独特要素是它没有否定确认。它只发送肯定确认。如果接收到的序列有错（被校验和检测的），该数据单

42、元就从缓冲区中删去。TCP不向源上机返回任何应答。源主机在发送数据单元时设置一个确认计时器。当发生错误（校验和错或其它错）时，计时器将超时，源主机将重传数据单元。同样的机制也适用于接收数据单元的顺序出错。计时器并非固定时长，它是可变的，基于往返时间，往返时间包括前向时间（即到达目的的时间）、目的处理时间和反向延迟时间（即确认消息到达源主机的时间）。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,57,4.7 TCP/IP 与 ATM结合,互联网的迅猛发展，以及实时和多媒体业务的增长，对互联网路由技术在带宽，性能，扩展性和新的传输功能方面提出了更多的要求。一些方法通过在第三层的路由中应用第二层的交

43、换技术，来对付这些挑战。在这一方面，值得注意的有Ipsilon的IP交换，Cisco的标记交换，IBM的ARIS，Toshiba的CSR和MPLS。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,58,IP over ATM,IP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的TP数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut一Through）方式传输而下再经过路由器，

44、从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,59,IP over ATM,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,60,重叠模型,重叠模型的实现方式主要有：IETF推荐的IPOA。CIPOA，c1assic IP Over ATM、ATM Forum推荐的LAN仿真（LANE：LAN Emulation）和多协议MPOA等（MPOA：Muti-Protocol over ATM）。重叠技术的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器来实现，需要地址解析协议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射

45、。而其中的主机不需要传统的路由器，任何具有MPOA功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接，并由边缘设备完成包的交换即第三层交换。信令标准完善成熟，采用ATM ForumITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,61,集成模型,集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司提出IP交换（IP Swtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tag swtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。集成模型的主要思想是：将A

46、TM层看成IP层的对等层，将IP层的路由功能GN 层的交换功能结合起来，使IP网络获得ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识，从而不需要地址解析协议。该技术传输IP数据包效率较高，且不需地址解析协议。但目前标准还未完成，与标准的ATM技术结合不是很好。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,62,集成模型,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,63,基于拓扑的捷径路由方式,拓扑捷径路由方式中，IP流的特征（标明方式）以相互拓朴关系为基础，即IP流中的所有IP分组路由在同一个IP子网中。这种捷径路由方式的实现全靠TagSwitching，Tag Switching属于IP交

47、换技术中的一种，它由转发部分和控制部分组成。转发机制是一种简单的标记交换机制，其核心内容是处于Tag Switching系统边缘的路由器将每个输入交换机帧的第三层（网络层）地址映射为简单的标记（Tag），然后把帧转化成打了标记的ATM信元，打了标记的ATM信元被映射到VC上，在网络核心由支持Tag Switching的ATM交换机进行标记交换，控制机制以第三层协议为基础，来维持正确的标记传输信息。当信息传到目的地后，目的地边缘路由器去掉信无中的标记，把信元转换为帧并将其送往接收者。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,64,基于业务的捷径路由方式,业务捷径路由方式中，IP流特征（标明方

48、式）以业务相互关系为基础，比如应用类型或者业务容量，根据IP流特征对不同的业务采取不同的路由方式：象持续时间长的IP流TELNET（远程登录协议）、业务量大的IP流FTP（文件传输协议采取捷径路由方式，而象业务量小的询问-应答协议DNS（域名业务）则采取跳到跳（hop-to-hop）路由方式。实现业务捷径路由方式的技术是IP Switching，它也属于IP交换技术中的一种。IP Switching是一种高速路由器，它将转发功能映射到硬件交换机。在IP Switching中，所有的IP流被分为两类，一类是持续时间长、业务量大的数据流，在ATM交换机硬件中直接进行交换（捷径方式）；另一类是持续时

49、间短、业务量小、呈突发分布的数据流类型，通过IP交换控制器中的路由软件进行跳到跳方式转发。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,65,IP Over ATM优点,由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量。具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,66,IP Over ATM的缺点,目前IP over ATM还不能提供完全的QoS保证。因为目前还没有一种标准方法实现：IP优先级（QoS）分类映射到ATM的QoS。对

50、IP路由的支持,一般IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费（2030）。在复制多路广播方面缺乏高效率。由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。,2023/11/6,史忠植 高级计算机网络,67,IP交换,IP交换（IP Switching）由Ipsilon网络公司开发。Ipsilon的目标是提高IP的速度和提供服务质量支持。“IP over ATM”的方法通过把数据链路层看作大而不透明的网络云，试图从IP层中隐藏掉底层网络的拓扑结构。这最终导致网络低效，复杂和功能重复。Ipsilon的方法则抛弃了面向连接的ATM的软件，直接在ATM的硬件上实现无连接的IP路由。这种方法兼有无连接的IP