数据通信原理(华为内部资料).doc

本文由我0621贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 2008-03 Security Level: Internal 数据通信原理 无线案例培训部 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential 前言 本课程主要介绍了数据通信原理的基础知识。 旨在帮助您了解CDMA系统里所使用到的数通原理知识。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 2 参考资料 ? TCP/IP协议族 (第二版) TCP IP协议详解 (卷1) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 3 学习目标 通过本课程学习,您可以: ? 掌握TCP/IP协议栈结构 ? 掌握IP地址及子网划分原理 ? 掌握静态路由基本原理 ? 了解动态路由基本知识 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 4 第一章 数通原理在CDMA系统中的应用 第二章 TCP/IP协议基础 第三章 路由基础 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 5 数通原理在CDMA系统中的应用 数通原理在CDMA产品中的应用: BSC6680: PARC平台产品 基于全IP设计 PDSN9660: CDMA分组域交换中心 基于NE系列路由器设计 数通原理在传输系统中的应用: A接口 IP over E1/T1 IP over FE Abis接口 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 6 第一章 数通原理在CDMA系统中的应用 第二章 TCP/IP协议基础 第三章 路由基础 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 7 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 8 Internet网络基础 什么是Internet ? 网络: 网络是一组互相连接的通信设备. 互联网 (Internet): 两个或更多的可以彼此通信 1970s Internet概念 诞生 1960s ARPANET ? 的网络, 使用TCP/IP协议互连. 1970s TCP/IP诞生 1980s CSNET NSFNET 1990s ANSNET Todays Internet HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 9 Internet网络基础 如今的Internet: ISP概念: Internet service provider Internet服务提供商. 现在绝大多数的 终端用户都是由ISP来提供Internet服 务的. 如: 中国电信-国家ISP 广东电信-地区ISP 移动网络 如今的Internet组成: Internet IP Hotel Intranet SOHO HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 10 Internet网络基础 LAN和WAN 数据通信网络按覆盖范围的大小可以分为局域网 (LAN)和广域网 (WAN). LAN WAN LAN LAN LAN HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 11 Internet网络基础 LAN 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; 连接物理相邻的设备. LAN的常见设备: ? HUB HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 交换机 Huawei Confidential 路由器 Page 12 ATM 交换机 Internet网络基础 ? ? WAN WAN定义: 在大范围区域内提供数据通信服务, 主要用于互连局域网. 特点: 覆盖范围广. 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. WAN的常见设备: Modem/CSU/DSU HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 路由器 Huawei Confidential 广域网交换机 Page 13 接入服务器 Internet网络基础 常见网络拓扑结构: LAN 总线型 星型 树型 WAN 环型 网型 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 14 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 传输层 网络层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 15 TCP/IP协议基础 TCP/IP协议栈 为什么要分层? 网络通信是一个复杂的系统, 单一层 面难以完成通信任务, 因此引入了模 块化和层次化的概念, 也就形成了网 络分层模型. 应用层 传输层 网络层 分层的好处 通信双方功能的对等实现 功能模块化, 清晰化 利于各种网络技术的层叠 利于异构网络的互通 链路层 物理层 ? ? ? HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 16 TCP/IP协议基础 TCP/IP协议栈 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 提供了对用户的接口, 支持各种应用层协议. 支持网络虚拟终端、文 件传送、邮件服务等. 应用层传输的是原始的数据 (Data). 负责将完整的报文从源端交付到目的端. 提供端口编址、分段重组 、连接控制、流量控制和差错控制. 传输层传输的是段 (Segment). 负责将分组数据从源端交付到目的端. 提供逻辑编址、路由选择. 网络层传输的是报文 (Packet). 提供对物理介质的访问, 提供物理编址、流量控制、差错控制和接 入控制. 链路层传输的是帧 (Frame). 定义物理设备接口特性、传输介质类型、传输速率、传输模式等. 物理层传输的是二进制数据 (Bit). HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 17 TCP/IP协议基础 对等层通信 主机A 主机B 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 ? Data Segment Packet Frame Bit 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 对等层间使用相同的协议进行通信. 物理层的通信是直接的, 其他层通过其下层提供的服务与其对等层进行通信. Huawei Confidential Page 18 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. TCP/IP协议基础 TCP/IP协议栈报文封装和解封装过程 I want to say hello to B. I receive it! 主机A 主机B 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 传输层头 网络层头 传输层头 帧头网络层头 传输层头 Hello Hello Hello Hello 帧尾 传输层头 网络层头 传输层头 帧头网络层头 传输层头 Hello Hello Hello Hello 帧尾 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 0010010111001 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 19 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 20 物理层 物理层 规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性. 主要定 义电压, 接口, 线缆标准, 传输距离, 传输模式, 传输速率等内容. 常见的物理层接口: 10M以太网接口 100M以太网接口 ? 10M以太网接口标准 10Base-T 使用双绞线作为物理 传输介质. 10Base5 使用粗同轴电缆作为 物理传输介质. 10Base2 使用细同轴电缆作为 物理传输介质. 100M以太网接口标准 1000M以太网接口标准 1000M以太网接口 常见物理层设备: 集线器HUB (转发器) 100Base-TX 使用5类以上双绞线 作为物理传输介质. 网段最长100m. 100BaseFX 物理介质采用单模光 纤或多模光纤. 单模 网段最长10km. 多模 网段最长2000m. 快速以太网 由IEEE 802.3u定义. ? 1000Base-T 使用5类以上双绞线 作为物理传输介质. 网段最长100m. 1000Base-F 物理介质采用多模光 纤. 网段最长500m. 1000Base-SX 物理介质采用多模光 纤.网段最长2km. 1000Base-LX 物理介质为单模光纤. 1000Base-ZX 物理介质为单模光纤, 超长距 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 21 物理层 关于双绞线 双绞线的分类: 3类双绞线 4类双绞线 5类双绞线 超5类双绞线 6类双绞线 5类双绞线的线序: 双绞线有屏蔽与非屏蔽之分 均为8芯电缆 双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定 直连网线 (Straight Through Cable) Side 1 12345678 Side 1 1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕 Side 2 1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕 交叉网线 (Cross Over Cable) Side 1 12345678 Side 1 1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕 Side 2 1=白/绿 2=绿 3=白/橙 4=蓝 5=白/蓝 6=橙 7=白/棕 8=棕 12345678 Side 2 12345678 Side 2 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 22 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 23 链路层 ? ? ? 链路层 数据链路层是TCP/IP协议栈的第二层，在物理层基础上向网络层提供服务. 数据链路层为物理链路提供可靠的数据传输. 局域网的数据链路层协议有以太网、令牌环网等. 广域网数据链路层协议有PPP、HDLC、Frame Relay等. 常见数据链路层设备 交换机 LAN Switch: HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 24 链路层 LAN数据链路层标准 IEEE 802制定了系列局域网标准: IEEE802.3: 以太网 IEEE802.4: 令牌总线 IEEE802.5: 令牌环 IEEE802.11: 无线局域网 IEEE802标准涵盖了物理层和数据链路层. WAN数据链路层标准 HDLC 高级数据链路控制 PPP 点对点协议 X.25 X.25协议 Frame Relay 帧中继 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 25 链路层 以太网链路层 以太网中的数据链路层标准遵循IEEE802.3协议. 协议中定义: 使用MAC (Medium Access Control)地址在链路层唯一标识一个物理设备. 以太网帧结构: MAC帧头 SFD DA SA Length /Type 数据部分 Data MAC帧尾 CRC ? ? ? SFD: Start Frame Denotation. 帧首定界符. 在MAC帧中固定为10101011. 用于接收同步. 1Byte. DA: Destination Address 目的MAC地址. 标识接收此帧的物理设备. 6Bytes. SA: Source Address 源MAC地址. 标识发送此帧的物理设备. 6Bytes. Length/Type: 当此值小于1518时, 此字段用于标识后面的Data部分的长度; 当此值大于1518时, 此 字段用于定义其上层的协议. 2Bytes. Data: 是此帧携带的来自上层的数据. 最小长度为46Bytes, 最大长度为1500Bytes. CRC: 此字段用于差错检测. 4Bytes. Huawei Confidential Page 26 ? HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 链路层 MAC地址 以太网中的每一个终端或路由设备, 如PC机、路由器等, 都有自己的网络接口卡(NIC 也就是网 卡). 每个NIC都有自己的MAC地址, 用于在网络中唯一标识一个物理设备. MAC地址有48位, 但它通常被表示为12位的点分十六进制数. MAC地址全球唯一, 由 IEEE对这些地址进行管理和分配. 每个地址由两部分组成, 分别是供应商 代码和序列号. 其中前24位二进制代表该供应商代码. 剩下的24位由厂商自己分配. 华为产品前 24位为: 0x00E0FC. 如果48位全是1, 则表明该地址是广播地址. FFFFFFFFFFFF. 如果第8位是1, 则表示该地址是组播地址. 00E0. FCCC. 3F53 00000000 11100000 厂商代码 11111100 11001100 00111111 01010011 ? ? 各厂商自己分配 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 27 链路层 以太网MAC层交换原理 在同一个网络中, 设备之间的寻址采用MAC地址寻址. A I want to say Hello to B 交换机 PORT1 PORT2 I receive it. And Hi A! B DA: MAC-B SA: MAC-A Hello 帧尾 DA: MAC-A SA: MAC-B Hi 帧尾 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 28 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 29 网络层 ? 网络层 网络层是TCP/IP协议栈的第三层, 提供源端到目的端的通信. 网络层的主要设备: 路由器, 三层交换机等. 应用层 传输层 ICMP 网络层 链路层 物理层 IP ARP/RARP HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 30 网络层 ? ? IP (Internet Protocol) IP协议是网络层的主要协议, 是一种不可靠的无连接的数据报文协议 - 尽最大努力交付 (Best effort). IP协议提供了一种全球统一的报文格式, 屏蔽了链路层差异, 使网络互联成为可能. IP报文结构: 比特 0 版本 20 个 字节 固定 长度 寿 命 4 首部长度 标 识 协 议 源 IP 地 址 目 的 IP 地 址 长度 可变 长 度 可 变 的 任 选 字 段 数 据 填 充 8 服务类型 标志 16 19 24 总 长 度 片 偏 移 首 部 检 验 和 31 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 31 网络层 ? ? IP协议中定义了IP地址, 此地址用于在Internet上唯一标识一台主机或路由器的一个接口. 在Internet中, 每一台主机或路由器的一个网口的IP地址都是唯一的. IPV4中, IP地址定义: 使用32bit数在网络中唯一标识一台主机. 通常使用点分十进制的方式表示: IP地址二进制表示: IP地址点分十进制表示: IPV4中的私有IP地址: 11000000 192 . 10101000 168 . 00001010 10 . 00000001 1 ? 私 有 地 址 55 55 55 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 32 网络层 IP地址分类: A 类 地 址 B 类 地 址 C 类 地 址 D 类 地 址 E类 地 址 55 0 Network 7bit Host 24bit 55 10 Network 14bit Host 16bit 55 11 0 Network 21bit Host 24bit 子网掩码的出 现使这种分类 的概念弱化 55 11 1 0 组播地址 55 1 1 11 0 保留 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 33 网络层 特殊的IP地址: 网络部分 Any Any 主机部分 全“0” 全“1” 地址类型 网络地址 广播地址 用途 代表一个网段 特定网络内的所有节点 是特定网络的广播地址 127 全“0” 全“1” any 环回地址 所有网络 广播地址 本机内部环回测试 用于指定默认路由的目的地址 本网段内的所有节点 是本网段的广播地址 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 34 网络层 子网掩码 什么是子网掩码? 网络设备使用子网掩码 (subnet masking)决定IP地址中哪部分为网络部分, 哪部分为主机部分. 子网掩码使用与IP地址一样的格式. 子网掩码的网络部分和子网部分全都是1, 主机部分全都是0. 缺省状态下, 如果没有进行子网划分, A类网络的子网掩码为, B类网络的子网掩码为 , C类网络子网掩码为. 利用子网掩码, 网络地址的使用会更有效. 对外 仍为一个网络, 对内部而言, 则分为不同的子网. 子网掩码的组成: 子网掩码由一串连续的1和一串连续的0组成. 例: 二进制表示 11111111 11111111 11111111 00000000 点分十进制 子网掩码的长度: 掩码中1的个数. 上面的例子中, 掩码长度为24. HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 35 网络层 子网地址 什么是子网地址? 子网地址用于标识一个子网. 在同一个子网中, 所有的主机拥有相同长度的子网掩码和相同的子网地址. 子网地址的计算: 例: IP地址为 7的主机, 其掩码为40, 其所在子网的子网地址计算如下: IP地址 192 . 192 168 . 1 . 168 1 7 7 11000000 10101000 00000001 00000111 11000000 10101000 00000001 00000111 (与运算) 255 . 255 . 255 . 240 255 255 255 240 11111111 11111111 11111111 11110000 11111111 11111111 11111111 11110000 11000000 10101000 00000001 00000000 11000000 10101000 00000001 00000000 /28 /28 Huawei Confidential Page 36 子网掩码 网络地址 (二进制) 网络地址 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 网络层 子网内主机数量的计算 子网掩码: 例子: IP地址为: 00/28 网络位 网络位 主机位 主机位 /28=40 该子网掩码二进制表示为： 11111111. 11111111. 11111111. n 11110000 则此网络中: 主机数为: 2n 可用主机数为: 2n - 2 主机总数为: 24 可用主机数为: 24 -2 11111111 11111111 00000000 00000000 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 37 网络层 子网划分 为何要进行子网划分 MAN和WAN不可能采用广播技术, 必须进行合理的路由; MAC地址的无规律性、固化性, 难以进行广域路由; 逻辑地址 (IP)具有灵活性、可规划性; 子网划分可收敛地址数量, 减轻路由压力. 子网划分的办法 IP地址的结构化分层方案将IP地址分为子网地址和主机地址, 区分子网地址和主机地址需要掩码 (Mask)来实现. 基于以上方法, 可以将全球网络划分为有规律的、可灵活调整的子网, 并在此基础上进行合理路 由. 同时, 更小范围的子网划分也有利于网络管理. HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 38 网络层 如何进行子网划分 个. 如何进行子网划分? 由于一个子网内的主机数量为 2n-2个, 此例中每个子网中的主机数要求至少为25个, 故n5. 所以, 每个子网的掩码长度最长应为 32-5=27位, 即24. 由于需要至少7个子网, 故每个子网的掩码长度只能为27. 这些子网分别是: 1 子网地址为 /27 2 3 子网地址为 2/27 4 5 子网地址为 4/27 6 27 子网地址为 6/27 28 59 子网地址为 28/27 60 91 子网地址为 60/27 92 23 子网地址为 92/27 24 55 子网地址为 24/27 例: 局方提供了一个 /24的网段, 我们需要至少7个子网, 每个子网中的主机数量至少为25 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 39 网络层 练习题: 局方提供的网段为 92/26, 现需要至少6个网段, 每个网段的主机数至少为5个. 如何 进行子网划分? HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 40 网络层 ARP (Address Resolution Protocol)协议 ARP协议的作用: 已知对方IP地址求对方MAC地址. 用于同一子网内的寻址. 广泛应用于局域网 中. 每一个物理设备中, 都有一张ARP表, 其中记录了IP地址和MAC地址的对应关系. 谁知道的 MAC地址？ 对应的 MAC为00-E0FC-00-00-12 A IP:/24 MAC:00-E0-FC-00-00-11 A的ARP表 ? 00E0FC000012 B IP:/24 MAC:00-E0-FC-00-00-12 B的ARP表 ARP Reply ? 00E0FC000011 ARP Request HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 41 网络层 ? RARP (Reverse Address Resolution Protocol)协议 RARP协议的作用: 已知对端MAC地址求其IP地址. 主要用于无盘工作站中. 如果启用RARP协议, 网络中必须有RARP Server提供服务. 并不是所有设备都支持RARP协议. 我的IP地址是多 少? 你的IP地址是 无盘工作站 RARP Server MAC:00-E0-FC-00-00-11 RARP Request? MAC:00-E0-FC-00-00-12 RARP Reply HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 42 网络层 ? ? ICMP (Internet Control Message Protocol)协议 ICMP协议为网络提供差错报告机制和状态查询机制. PING程序使用的就是ICMP协议. ICMP的报文封装方式: MAC帧头 IP报头 ICMP报文 MAC帧尾 B是否可 达? A B 我在 IP:/24 ICMP Echo Request IP:/24 ICMP Echo Reply HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 43 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 44 传输层 ? ? 传输层 传输层是TCP/IP协议栈的第四层, 提供进程到进程之间的通信并提供流量控制和差错控制机制. UDP (User Data Protocol)是面向无连接的协议, 提供高效不可靠传输. TCP (Transmission Control Protocol)是面向连接的协议, 提供可靠性传输, 但由于在连接建立、 拆除、保活过程中需要一些控制消息, 故其传输效率不如UDP. 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 TCP/ UDP HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 45 传输层 传输层报文格式 0 8 16位源端口 16位UDP长度 16 24 16位目的端口 16位UDP校验和 31 数据 UDP报文格式 0 8 16位源端口 16 32位序列号 32位确认号 SYN PSH RST FIN 24 16位目的端口 31 ACK URG 首部长度 保留(6位) 16位TCP校验和 16位窗口大小 16位紧急指针 选项 数据 TCP报文格式 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 46 传输层 传输层的端口号 传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序. 端口号范围: 0 65535. 其中01023是公有端口 (知名端口), 102465535是私有端口. HTTP FTP Telnet SMTP DNS 53 TFTP SNMP 80 20/21 23 25 69 161 TCP UDP IP 数据包 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 47 传输层 进程间的通信: 通过端口号来识别源端和目的端的相应进程. 主机A 主机B 应用层 传输层 网络层 链路层 物理层 FTP Client 2987 FTP Server 应用层 21 传输层 网络层 链路层 物理层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 48 第二章 TCP/IP协议基础 Internet网络基础 TCP/IP协议基础 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei Confidential Page 49 应用层 ? ? 应用层 应用层主要提供与用户之间的各种接口程序. 应用层的程序大多都是成对出现的, 即客户端与服务器. 常见的应用层程序: HTTP, FTP, TFTP, Telnet, DNS等 如网页, 游戏, 邮箱等都属于应用层程序的应用. HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. Huawei