ch2-宽带网络技术基础-2016_信息与通信_工程科技_专业资料

计算机及无线通信(研究生用 )n 马彬 (博士 /副教授 ) /谢显中 (博士 /教授 )n 重庆邮电大学 (个人通信研究所 )n E-mail: 宽带骨干网技术体系第二章 宽带网络技术基础n IP技术n ATM基础n SDH/SONET基础n WDM 技术基础n 全光网与光交换2.1 IP技术n Internet概述n IPV4n IPV6n 移动 IP2.1.1 Internet概述n 进入 20 世纪 90 年代以后，以 Internet (因特网 )为代表的计算机网络得到了飞速的发展。因特网是 20 世纪人类最伟大的技术变革之一。n 已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。n 起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网。连接在因特网上的计算机都称为 主机 (host)。n 如果说 网络把许多计算机连接在一起 ，那么 因特网则把许多网络连接在一起 。n 各网络之间需要使用 路由器 (Router)来连接，用户通过 ISP(Internet服务提供者 )上网。主机因特网用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者n Internet的产生起源于美国国防部高级研究计划局（DARPA）为改善美国政府和国防研究机构之间的通信联系而建立起来的一个实验性通信网络 ARPANET。n 1969年，首个 ARPNET结点运行。n 1972年， ARPANET向公众展示，首个电子邮件程序运行，并有了 15结点。n 1982年，定义了 smtp e-mail 协议。n 1983 年定义了 DNS， TCP/IP 协议成为标准协议，同年ARPANET分解成两个网络：n ARPANET 进行实验研究用的科研网n MILNET 军用计算机网络n 1983年，形成了因特网 (Internet)。n 19841985年，定义了 FTP等协议。n 1986年， NSF建立了国家科学基金网 NSFNET，网络结构为 3级 。 n 1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。n 1993年因特网主干网的速率提高到 45Mbps。从 1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的 ISP网络所代替。 n 1994年开始创建了 4个网络接入点 (NAP)，分别由 4个电信公司经营。 NAP就是用来交换因特网上流量的结点，在 NAP中安装有性能很好的交换设施。n 从 1994年到现在，因特网逐渐演变成 多级结构网络 。n 1994年 4月，我国用 64kbps专线正式接入因特网，同年 5月中国科学院正式设立了我国第一个万维网 (WWW, World Wide Web)，从此 我国也开始进入因特网时代 。(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET(3) 中国科学技术网 CSTNET(4) 中国联通互联网 UNINET(5) 中国网通公用互联网 CNCNET(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7) 中国移动互联网 CMNET(8) 中国长城互联网 CGWNET(9) 中国卫星集团互联网 CSNETn 1986年因特网是一个三级计算机网络，包括国家主干网、地区网和校园网 /企业网等三级。n 1994年开始因特网逐渐演变成多级结构网络，大体包括国家主干网 (主干 ISP/第一层 ISP)、网络接入点 NAP、地区网 (地区 ISP/第二层 ISP)、本地网 (本地 ISP)、校园网 /企业网 /PC 机上网用户等五级。各网络之间需要使用路由器来连接，主机到主机的通信可能经过多种 ISP。校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器3级 网络结构大公司地区 ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网 校园网校园网 校园网本地 ISP地区 ISP 地区 ISP地区 ISP本地 ISP本地 ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机 A 本地 ISP 地区 ISP NAP 主干 ISP NAP 地区 ISP 本地 ISP 主机 B2.1.2 IPV4因特网采用 一个四层的体系结构，这四层分别是：应用层、传输层、网际层（相当于网络层）和网络接口层（相当于数据链路层和物理层）。 应用层运输层网际层网络接口层主机 A 主机 B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层，处于网络层的 IP是核心。 各种应用层协议网络接口层(TELNET, FTP, SMTP 等 )物理硬件运输层 TCP, UDP应用层ICMPIPRARP ARP与各种网络接口网际层IGMP通信业务和技术都在向分组 (IP)化发展，网际协议 IP 是因特网协议的核心 。与 IP 协议配套使用的还有四个协议： 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 Protocol)因特网组管理协议 IGMP(Internet Group Management Protocol)IP数据报的格式 :一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分后面是一些可选字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富，其长度是可变的，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能。数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分可变部分0 4 8 16 19 24 31版 本标志生 存 时 间 协 议标 识服 务 类 型 总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分首部IP地址 ：TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做 IP地址， 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标识符。在目前使用的 IPv4协议版本中， IP地址是一个 32位的二进制地址，它包含网络号（ net ID）和主机号（ host ID）。IP 地址是一种分等级的地址结构，根据不同的取值范围， IP地址可以分为 5类， IP地址中的前 5位含有 IP地址类别的标识。 点分十进制记法示例10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 bit 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 bit 插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性 1 128 11 3 31 将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数ARP和 RARP协议：IP地址是不能能直接用来进行通信的。若要将网络层中传送的数据报交给目的主机，还要先到链路层转变成 MAC帧后才能发送到实际的网络上。而 MAC帧使用的是源主机和目的主机的 MAC地址 (硬件地址 ),网此必须在 IP地址和主机的硬件地址之间进行转换，这就需要地址解析协议 ARP。ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。 电话网与 IP地址ICMP协议：为 了提高 IP数据 报 交付成功的机会，在网 际层 使用了因特网控制 报 文 协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)。 ICMP就是 为 了解决差 错 控制和 查询 机制 问题而 设计 的 ， ICMP的差 错查询 与控制功能 对 于保 证 TCP/IP协议 的可靠运行是至关重要的。ICMP本身是网络层的一个协议，但它的报文不是直接传送给数据链路层，而是要封装成 IP数据报，再送给数据链路层。 ICMP差错报告采用路由器源主机的模式，路由器在发现数据报传输出现错误时只向源主机报告差错原因。 IGMP协议 ：因特网组管理协议 IGMP（ Internet Group Management Protocol）是在多播环境下使用的协议，它位于网际层。IGMP就是用来帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机。和 ICMP相似，不把 IGMP看成是一个单独的协议，而是属于整个网际协议 IP的一个组成部分。 IGMP使用 IP数据报传递其报文（即 IGMP报文加上 IP首部构成 IP数据报），但它也向 IP提供服务。 IP数据转发原理：n 三层转发n 数据报的转发n 基于目的地址