IP数据通信基础.ppt

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1、,数据通信基础,引入,在第三代移动通信系统中，随着多媒体移动通信的发展，数据通信技术得到越来越广泛的应用，,学习目标,描述TCP/IP协议与OSI参考模型。进行IP子网的划分。描述出交换机、路由器等网络设备的用途。描述移动IP技术的基本概念，如家乡代理、隧道技术等。,学习完本课程，您应该能够：,课程内容,第一章 数据通信网络概述第二章 TCP/IP协议第三章 常用网络设备第四章 移动IP技术,网络定义LAN 和WAN网络拓扑OSI参考模型,第一章 数据通信网络概述,网络定义与拓扑结构OSI参考模型,数据通信网络,SOHO,Server,IP Hotel,Intranet,移动,INTERNET

2、,局域网(LAN)和广域网(WAN),Host,WAN,局域网Local Area Network,广域网Wide Area Network,数据通信网络按覆盖范围的大小可以分为局域网和广域网.,lan1,lan2,LAN定义和常用互连设备,LAN定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合。特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。LAN的设计目标：运行在有限的地理区域；允许同时访问高带宽的介质；通过局部管理控制网络的私有权利；提供全时的局部服务；联接物理相临的设备。,HUB,交换机,路由器,ATM 交换机,WAN定义及常用互联设备,WAN定义

3、：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。WAN的设计目标：运行在广阔的地理区域；通过低速串行链路进行访问；提供全时的或部分时间的联接性；联接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备;,Modem/CSU/DSU,路由器,广域网交换机,接入服务器,常见网络拓朴结构,拓扑结构：总线、星型、树型环型、网型,第一章 数据通信网络概述,网络定义与拓扑结构OSI参考模型,OSI参考模型,OSI RM：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model）,网络世界的法律!所有的数据通信协议都可以对应到OSI模型上！,通信协议,计算机与计算机

4、之间要相互通信，就必须“听”的懂对方的“语言”，这种语言就是网络协议，计算机必须运行相同的协议，才能相互通信。由于网络的种类繁多，网络协议自然也各式各样，但是，大多数网络协议的设计都有一个共同的特点协议分层。各层协议是网络设备之间通信规则的正式描述。,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,TCP/IP协议栈,Source Host A,Destination Host B,好啊！我刚好也懂TCP/IP。,请问可以用TCP/IP和你通信吗?,TCP/IP协议栈,OSI七层功能,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,底层:负责网络数据传输,高层:

5、负责主机之间的数据传输,分层有什么好处？,各层之间相对独立,分解复杂的通信过程,容易实现和维护,灵活性好,利于标准化工作,七层功能,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,对等通信,每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。,Host A,Host B,APDU,PPDU,SPDU,Segment,Packet,Frame,Bit,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理

6、层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,数据封装和解封装,Data,Data,H,H,主机,服务器,交换机,路由器,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,Data,物理层,物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等。物理层线缆：同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆双绞线（twisted pair）：UTP、STP光纤（Optical Fiber）无线电波（wireless radio）：无线局域网WLAN,物理层,局域网与物理层线缆标准：10Base-T、100Base-T

7、、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX；网络设备：中继器、集线器等。广域网与物理层DTE设备：路由器、终端主机等；DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等；常见接口：RS-232、V.24、V.35等。,MAC/物理地址,MAC地址有48位，华为产品前2个字节是0 x00E0FC。,厂商编号,序列号,24 bits,24 bits,Rom,Ram,LAN与数据链路层,LAN标准:当今最为流行的协议为IEEE802标准IEEE802.1 基本局域网问题IEEE802.2 定义LLC子层IEEE802.3 以太网标准IEEE802.4 令牌总

8、线网IEEE802.5 令牌环网LAN数据链路层设备:以太网交换机,WAN与数据链路层,WAN数据链路层标准：HDLCPPPISDNX.25Frame RelayWAN数据链路层设备：Modem、ISDN终端适配器CSU/DSU、广域网交换机,网络层,网络层：指定网络实体的网络层地址，并完成网络层转发寻址功能。网络层设备：Router等。WAN的网络层协议：IP协议等LAN的网络层协议：Ethernet协议等,网络层协议操作,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,应用层,A,B,C,D,E,Rou

9、ter A,Router B,Router C,传输层,传输层功能：分段上层数据；建立端到端连接；将数据从一端主机传送到另一端主机；保证数据按序、可靠、正确传输。传输层协议：主要有TCP/IP协议栈的TCP协议和UDP协议，IPX/SPX协议栈的SPX协议等。,端到端通信,传输虚电路,Host,应用数据,WWW,FTP,传输数据包,21,1028,80,1027,Data,Data,面向连接和无连接的服务,面向连接的服务：适合延迟敏感性应用建立连接数据传输断开连接无连接的服务：适合延迟不敏感的应用无需建立连接资源动态分配,流量控制,流量控制的三种方式：缓存技术：突发缓存，空闲发送。源抑制报文：

10、利用ICMP协议向源端发送source quench报文。窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发送数据的多少。,确认技术,传输虚电路,Host,源,目的,Send 1,2,3,Acknowledge 4,Send 4,5,6,Acknowledge 4,Send 4,5,6,高层协议,会话层协议：SQL、NFS、RPC等；表示层协议：ASCII、MPEG、JPEG等；应用层协议：文字处理、邮件、电子表格等。,本章小结,网络的定义和演进过程局域网和广域网的定义设常见设备常见网络拓朴结构OSI的7层网络参考模型7层中每一层的功能,课程内容,第一章 数据通信网络概述第二章 TCP/IP协议

11、第三章 常用网络设备第四章 移动IP技术,TCP/IP协议栈概述网络层介绍子网划分传输层介绍应用层介绍,第二章 TCP/IP协议,TCP/IP协议概述网络层介绍传输层介绍应用层介绍,TCP/IP是Internet的核心技术TCP/IP是一个协议族HTTP、TELNET、FTPRIP、OSPF、BGPPIM、DVMRPTCP、UDP、RAW IPIPIGMPARPICMPIP是TCP/IP的核心协议,TCP/IP协议,TCP/IP协议和OSI参考模型,TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。,OSI参考模型,TCP/IP,TCP/IP协议栈,应用层,传输层,网络层

12、,数据链路层,提供应用程序网络接口,建立端到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,物理层,TCP/IP协议数据封装,第二章 TCP/IP协议,TCP/IP协议概述网络层介绍传输层介绍应用层介绍,网络层协议概述,应用层,传输层,网络层,IP,ARP,RARP,ICMP,物理层,数据链路层,IP协议功能,IP协议提供了一种全球统一的编址方式，屏蔽了物理网络地址的差异，使路由查找成为可能。IP协议提供了一种全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差异，使网络互联成为可能。,在不同网络技术之上,通过IP层实现不同网络互联IP over EverythingX.25PPP(点对点链路)Et

13、hernetToken ringFRATMSDHWDMEverything over IP ITU-T 综合业务网(H.323/SIP)桌面应用IP/Ethernet-几乎所有的高层应用都落在IP上,IP的应用范围,IP报文格式,IP地址就是用于网络层寻址的地址标识。,数据链路层用什么地址进行寻址的呢？,MAC地址！,IP地址和MAC地址是如何对应的呢？,ARP协议！,什么是IP地址,一个32位整数，网络中标识一个主机。通常写成4个整数的方式，如,网络号Network ID,主机号Host ID,门牌号码,邮政地址：,IP地址：,街道名称,0 net-id host-id,1,0 net-id

14、 host-id,1,1,0,net-id host-id,1,1,1,0,组播地址,1,1,1,1,0,保留为今后使用,0 1 2 3 4 8 16 24 31,A,类,B,类,C,类,D,类,E,类,net-id：网络标识，host-id：主机标识,IP地址的分类,IP地址的范围,特殊IP地址,在使用IP地址时，还要知道下列地址是保留作为特殊用途的，一般不使用：全0的网络号码，这表示“本网络”或“我不知道号码的这个网络”。全1的网络号码。全0的主机号码，这表示该IP地址就是网络的地址。全1的主机号码，表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。全0的IP地址，即。网络号码为，这里为任何数

15、。这样的网络号码用作本地软件回送测试（Loopback test）之用。全1地址，这表示“向我的网络上的所有主机广播”。原先是使用。,私网IP地址,因特网地址分配组织规定将下列的IP地址被保留用作私有地址：10.0.0.0 172.16.0.0 192.168.0.0,问题,为什么IP地址要划分为网络地址和主机地址呢？,方便寻址，提高寻址效率。,使得网络更加容易管理。可以对具有相同网络地址的主机进行统一管理，提高网络的安全性。,A公司得到了20个C类网络IP地址,B公司也有20个C类网络IP地址。并且他们具有相同的网络地址（如：）。B公司的主机因为工作需要，经常给网络内本公司的主机发广播消息，

16、可是这样会对A公司的主机造成骚扰。怎么解决呢？,要是两家公司的网络地址不同，那就好了！可是怎么才能让大家的网络地址不同呢？这要靠子网掩码!,子网与子网掩码,什么是子网掩码?,IP地址在没有相关的子网掩码的情况下是不能存在的。子网掩码定义了构成IP地址的32位中有多少位定义网络或者网络及其子网，因此任何一个网络都要定义子网掩码，例如A类网络的默认子网掩码为：。,IP地址,子网掩码,IP地址,子网掩码,与运算,10101100.01100100.00000000.00000000,转十进制,255.255.0.0,10101100.01100100.00011110.00001100,111111

17、11.11111111.00000000.00000000,转二进制,网络地址,为什么要划分子网？,一个网络上通信量与主机的数目成正比，如果主机数目太大，超出网络介质的容量使网络的性能下降。网络划分为若干部分，降低不必要的通信量。,网段：掩码：,网段：掩码：,A公司的问题解决了!,如何划分子网？,减少IP地址中，主机地址所占用的2进制位数，同时将减少的2进制位和原来的网络地址所占用的2进制位合并为新的网络地址。被挪用的2进制位数（N）越多，划分的子网数目就越多，但是每个子网的主机数目就越少。同时，划分出的子网数量为2N。,IP地址,子网掩码,IP地址,子网掩码,与运算,01010000.000

18、01000.00000000.00000000,转十进制,255.254.0.0,01010000.00001001.10000010.00000001,11111111.11111110.00000000.00000000,转二进制,网络地址,默认子网掩码加位的作用,通过这种方法，可以把某些连在一起网段掩到同一个子网内。,IP地址,子网掩码,网络地址,80.9.130.1,255.254.0.0,80.8.154.1,255.254.0.0,80.8.0.0,80.8.0.0,划分子网的例子,某公司向NIC申请一B类网（）IP地址空间，该公司可依照自己的组织结构为公司的各个分公司、部门划分I

19、P地址空间，形成有层次的子网结构，大大方便了管理工作。公司有35个部门/分公司，每个部门主机数由100800之间，那么如何划分子网呢？,主机号和子网号的选择,首先确定主机号所占用的2进制位数。在这个例子下，每个子网的主机数量在1000之内，因此预留10位2进制位用于主机号。因此，可容纳的主机数量为：2102=10221000。原来主机号中剩余下的2进制位可作为子网号。在这个例子下是6位，那么可用子网的最大数目：2664个，子网掩码为：。,划分后的结果,最终各个部门使用的IP地址如下表格。子网掩码都是：,互连网协议IP是TCP/IP体系中最重要的协议之一。与IP协议配套使用的还有三个协议：地址转

20、换协议ARP Address Resolution Protocol反向地址转换协议RARP Reverse Address Resolution ProtocolInternet控制报文协议ICMP Internet Control Message Protocol,TCP/IP的体系结构,ARP地址解析协议,不知道的MAC地址？在网络上广播ARP Request信息，等的回应。,MAC:00-E0-FC-00-00-11,MAC:00-E0-FC-00-00-12,MAC:00-E0-FC-00-00-13,知道你的MAC地址，以后联系起来就方便了！,RARP反向地址解析协议,我的IP地址

21、是什么？,无盘工作站,RARP Server,你的IP地址是,ICMPInternet控制报文协议,B可达吗？,Host A,Host B,我在,第二章 TCP/IP协议,TCP/IP协议概述网络层介绍传输层介绍应用层介绍,传输层协议概述,TCP/UDP报文格式,端口号,传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。,80,20/21,23,25,53,69,161,TCP连接,滑动窗口,需要修改窗口大小,发送数据太快了！,ack 6145,win2048,第二章 TCP/IP协议,TCP/IP协议概述网络层介绍传输层介绍应用层介绍,应用层介绍,文件传输FTP、TFTP邮件服务SMTP、PO

22、P3网络管理SNMP、Telnet、Ping、Tracert网络服务HTTP、DNS、WINS,本章小结,ITCP/IP协议栈分为5层IP数据包包头的格式ARP RARP ICMP的作用划分子网的目的和方法TCP和UDP协议的区别常用的应用层服务有FTP,Telnet等,课程内容,第一章 数据通信网络概述第二章 TCP/IP协议栈第三章 常用网络设备第四章 移动IP技术,HubLanswitchRouter,物理层互联设备-Hub,HUB(集线器)只完成信号的再生，不对数据包进行任何处理，只作简单的电信号复制和转发。从一个端口收到了信号，就将信号原封不动地复制到除开收到该信号端口外的其他所有的

23、端口上，有点象一台复印机。每个时刻只能在两个端口间通讯。,Hub,Host,数据链路层互联设备-Lanswitch,Lanswitch在处理数据包的时候，需要检查该数据包的数据链路层内容，而不仅仅是简单的数据再生和转发。它会根据数据链路层中MAC子层的地址进行判断，决定将该数据包往哪里转发。,Host B,主机B的MAC地址对应着我的3端口，就只向这个端口转发好了。,Host A,Router（路由器）的作用,Router的核心作用是实现网络互连 实现分组数据转发路由（寻径）：路由表建立、刷新、查找子网间的速率适配隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则（防火墙）异种网络互连,各网络设备工作的协议

24、层面,什么是路由,路由是指导IP报文发送的路径信息：在路由器中，寻找一条将报文从信源机传往信宿机的传输路径的过程，称之为寻径。在路由器中，寻径采用的是表驱动的方式。,网络N,到网络N的主机，走R1这条路,路由表,一条路由表的表目主要由两部分构成：信宿地址和去往信宿的路径（下一跳）。,下一跳地址,掩码,目的地址,在 Internet 的各主机和网关上都包含一个路由表，指明去往某信宿机的路径。在传送报文时，根据报文的目的地址，查找路由表，得到一条去往目的地址的路径。路由存在于三层网络设备和主机中,Router工作流程,IP,ETH,ETH,以太口,以太口,IP,ETH,ETH,以太口,以太口,协议

25、封装,路由选择协议转换,Router,Router,LAN,传送,拆包,LAN1,LAN2,接收,发送,工作过程,IP包发送过程,设主机A要向主机B发送一个数据报。两个主机分别连接在两个网络上，这两个网络通过一个路由器相连。主机A的IP层收到欲发送的数据报后，就比较目的主机的源主机的网络号码是否相同（这就是从数据报首部的IP地址中抽出网络号码net-id部分进行比较）。如相同，则表明这两个主机在同一个网络内，这样就只需要用目的主机的物理地址进行通信。如果不知道目的主机的物理地址，则可向ARP进行查询。但当主机A和B的网络号码不一样时，就表明它们连接在不同的网络上，因此必须将数据报发给路由器进行

26、转发。源主机从配置中读出路由器的IP地址。然后从ARP得到路由器的物理地址。随后将数据报发送给这个路由器。这里要强调指出，在数据报的首部写上的源IP地址和目的IP地址是指正在通信的两个主机的IP地址。路由器的IP地址并没有出现在数据报的首部中。当然，路由器的IP地址是很有用的，但它是用来使源主机得知路由器的物理地址。总之，数据报在一个路由段上传送时，要用物理地址才能找到路由器。,IP包头在路由器转发过程中的变化,00-E0-FC-00-00-11,00-E0-FC-00-00-32,00-E0-FC-00-00-64,00-E0-FC-00-00-23,00-E0-FC-00-00-23,00

27、-E0-FC-00-00-64,00-E0-FC-00-00-32,Router A,Router B,Host A,Host B,IP Packet,不同网络间的双绞线连接,直通网线（straight through）：用于不同层面的设备间的连接，比如电脑和集线器、路由器的连接。交叉网线（cross）：用于同一层面设备间的连接，比如两台电脑之间的连接。直通网线的线序：两端的水晶头中，线序是一一对应的。交叉网线的线序：两端的水晶头中，1/3交叉，2/6交叉。,双绞线线序,当网线为直通网线时，X1端和X2端的线序对应关系为：1-1（白滚橙），2-2（橙色），3-3（白滚绿），4-4（蓝色），5-

28、5（白滚蓝），6-6（绿色），7-7（白滚棕），8-8（棕色）。当网线为交叉网线时，X1端和X2端的线序对应关系为：1-3，2-6，3-1，4-4，5-5，6-2，7-7，8-8。,双绞线传输,RJ45的引脚定义,引脚1和2发送，引脚3和6接收的端口称为介质相关接口（MDI），PC机有MDI端口。引脚1和2接收，引脚3和6发送的端口称为介质相关接口交叉（MDIX），如集线器（HUB）上的端口。,双绞线连接,MDI-X接口（HUB）,MDI接口（计算机）,在一个终端系统的MDI端口与一个集线器的MDIX端口之间使用标准网线（直通网线）连接。部分集线器提供了一个专用MDI端口，可以用标准网线将一台

29、集线器的MDI端口与另一台集线器的MDIX端口连接。,双绞线连接,MDI接口（计算机）,MDI接口（计算机）,在一个终端系统的MDI端口与一个终端系统的MDI端口之间使用直连网线（交叉网线）连接。,本章小结,Hub、Lanswitch、Router的用途Router在转发IP包的过程中，IP 包中的地址变化。直通网线、交叉网线的使用,课程内容,第一章 数据通信网络概述第二章 TCP/IP协议栈第三章 常用网络设备第四章 移动IP技术,移动IP概述隧道技术移动业务流程,为什么需要移动IP技术？,移动IP技术可以满足在移动过程中不间断地接入Internet，并做被叫的需求！,C,Internet,

30、A,B,移动,移动后，接入点改变了，相应的网络前缀就变化了！,丢失,移动IP的机制,采用注册登记、三边路由、隧道技术，实现移动节点（MN）实时不间断接入Internet。,C,Internet,A,B,Host,FA,(2)隧道，转发给,(3)解隧道，转发给,HA,存储MN的移动绑定记录Home Address COA.通过隧道转发数据给FA,MN：归属地址,MN：移动节点 HA：家乡代理，类似移动网中的HLRCOA：转交地址，类似移动网中的漫游号码 FA：外部代理，类似移动网中的VLR,隧道技术,Host 1,Router 1,Router 2,host 2,当一个数据包被封装在另一个数据包

31、的净荷中进行传送时，所经过的路径称为隧道。隧道技术按照不同的层次分为二层隧道和三层隧道，以下为三层隧道的IP in IP示意：,移动IP中的实体：MN,移动节点 MN（Mobile Node）不断移动，没有固定的IP接入点，但是却希望获得不间断的IP数据服务。在某个HA中开户，HA为其分配归属IP地址（Home Address）。随时从网络接入点获取当地网络标识，判断是否漫游（离开归属网络），并周期性向HA登记，报告当前漫游地代理的转交地址。,移动IP中的实体：FA与HA,归属代理HA（Home Agent）处理MN的注册消息，登记MN的归属IP地址与转交地址之间的移动绑定关系。代理MN广播其

32、归属IP地址的可达性。构造隧道，将发给MN的数据包转发给FA，由FA转发给MN。外地代理FA（Foreign Agent）MN的漫游地代理，负责转发MN的注册消息，配合完成移动IP注册。转发MN发出的数据包到目的主机。通过隧道方式，和HA一起完成发给MN数据包的转发和处理。,COA的两种方式,C,Internet,A,B,Host,FA,(2)隧道，转发给,(3)解隧道，转发给,HA,MN：归属地址,FA COA：地址属于FA，很多用户共用一个或者多个COA，FA负责解隧道和把数据包发送到用户。CL COA：地址属于MN，归一个用户所拥有的COA。MN负责解隧道。,移动 IP业务流程,业务流程

33、（FA-COA方式）,Internet,A,MN归属地址,Host A,FA,HA,存储MN的移动绑定记录Home Address COA.通过隧道转发数据给FA,移动 IP业务流程（续）,业务流程（CL-COA方式）,Internet,A,MN：归属地址,Host A,DHCP server,HA,FA,反向隧道,移动IP与无线接入的融合,现状和发展无线通信实现了用户随时随地通话的理想无线数据业务将是第三代移动通信的亮点需要解决的问题如何为移动中的无线用户提供实时、高质量的数据业务服务如何将无线数据网络与现有的IP网络融合，实现综合网络资源的有效利用。,本章小结,移动IP的优点 隧道技术的用途 HA，FA、MN的功能,