第二部分IP电话技术基础.ppt

IP电话基础知识 第二章IP电话技术基础 重点 熟悉INTERNET协议结构 掌握IP TCP UDP协议难点 掌握UDP协议的结构及在IP语音中的应用 复习题 1 简述计算机网络结构和TCP IP协议的组成2 简述UDP协议的特点 IP电话基础知识 2 1计算机网络协议基础知识 IP电话基础知识 参照国际标准化组织 ISO 制定的计算机网络开放式互连 OSI 协议参考模型 计算机网络被分成了七层 定义和功能如下 1 应用层 Application 功能 为了满足用户的需要 根据进程之间的通信性质 负责完成用户要完成的各种程序或网络服务的接口工作 处理的数据单元 报文 处理的地址 进程标识 端口号 IP电话基础知识 2 表示层 Presentation 功能 处理结点间或通信系统间信息表示方式方面的问题 处理的数据单元 报文 3 会话层 Session 功能 会话层的主要作用是组织 协商 管理两个应用进程之间的会话 会话的含义 就是在不同主机的应用进程之间建立 维持联系 处理的数据单元 报文 IP电话基础知识 4 运输层 Transport 功能 在两个端系统 源站和目的站 的会话层之间 建立一条可靠或不可靠的运输连接 以透明的方式传送报文 处理的数据单元 报文段 处理的地址 进程标识 TCP和UDP端口号 IP电话基础知识 5 网络层 Network 功能 使用逻辑地址 IP地址 进行寻址 通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径 并提供网络互联及拥塞控制功能 处理的数据单元 分组 处理的地址 逻辑地址 如 IP地址 IP电话基础知识 6 数据链路层 DataLink 功能 负责在两个相邻结点间的线路上 无差错地传送以 帧 为单位的数据 处理的数据单元 数据帧 处理的地址 硬件的物理地址 IP电话基础知识 7 物理层 Physical 功能 为 数据链路层 提供一个物理连接 物理层定义了以下4个规章特性 用以确定如何使用物理传输介质来实现两个结点间的物理连接 物理层协议 处理的数据 二进制比特信号 如 二进制的基带信号或模拟信号 处理的地址 直接面向物理端口的各个管脚 如RS 232的管脚 IP电话基础知识 2 1 1TCP IP协议 TCP IP四层参考模型 网络接入层 1 主要参与在传输IP分组时建立和网络介质的物理连接 2 本层包括局域网和广域网技术 以及OSI参考模型中的物理层和数据链路层 3 接入层的功能包括IP地址与物理硬件地址的映射 以及将IP分组封装成帧 IP电话基础知识 网际层又被称为互联层 互联网络层或网间网络层 主要负责相邻结点之间 数据分组的逻辑 IP 地址寻址与路由 IP InternetProtocol 网际协议 为IP数据包进行寻址和路由 ICMP InternetControlMessageProtocol 网际控制报文协议 用于处理路由 协助IP层实现报文传送的控制机制 并为IP协议提供差错报告 IP电话基础知识 网际层 续 ARP AddressResolutionProtocol 地址解析协议 用于完成主机的IP Internet 地址向物理地址的转换 RARP ReverseAddressResolutionProtocol 逆向地址解析协议 用来完成主机的物理地址到IP地址的转换或映射功能 IP电话基础知识 传输层又称运输层 提供端到端的可靠或不可靠的通信服务 端到端的通信服务通常是指网络结点间应用程序之间的连接服务 TCP TransmissionControlProtocol 传输控制协议 是一种面向连接的 高可靠性的 提供流量与拥塞控制的传输层协议 UDP UserDatagramProtocol 用户数据报协议 是一种面向无连接的 不可靠的 没有流量控制的传输层层协议 IP电话基础知识 运输层 续 TCP或UDP端口号 port 定义 不同的进程用进程号或进程标识惟一地标识出来 进程标识符就是 端口号 又被称为 进程地址 端口号的表示 端口号的长度定义为16位二进制 其值可以是0 65535之间的任意十进制整数 全局端口号 又称 默认端口号 或 公认端口号 每个客户进程都知道相应服务器的全局端口号 默认端口号的值定义在0 1023范围内 端口号与传输层协议的关联 TCP和UDP有各自独立的端口号 如表3 3和表3 4所示 IP电话基础知识 表2 1TCP端口号与服务进程 端口号服务进程说明20FTP文件传输协议 数据连接 21FTP文件传输协议 控制连接 23Telnet远程登录或仿真 虚拟 25SMTP简单邮件传输协议53DNS域名服务80HTTP超文本传输协议110POP邮局协议111RPC远程过程调用 端口号服务进程说明53DNS域名服务67BOOTP引导程序协议又称自举协议67DHCP动态主机配置协议69TFTP简单文件传输协议111RPC远程过程调用123NTP网络时间协议161SNMP简单网络管理协议 表2 2UDP端口号与服务进程 IP电话基础知识 IP电话基础知识 TCP IP模型的应用层与OSI模型的上3层相对应 应用层常用的协议有下几类 1 依赖于TCP协议的应用层协议 2 依赖于无连接UDP协议的应用层协议 3 非标准化协议非标准化协议属于用户自己开发的专用应用程序 它们建立在TCP IP协议簇基础上 应用层 IP电话基础知识 2 1 1TCP IP协议的基本参数 IPV4编址技术在TCP IP网络中 每个节点 计算机或设备 都有一个惟一的IP地址 根据其IP地址 可以找到这台计算机所在网络的编号 以及该计算机在该网络上的主机编号 1 IP地址的表示每个IP地址由32位二进制位组成 IP地址分为4个部分 每部分的8位二进制使用十进制数字表示 使用点分十进制的方式表示 如 128 64 32 8 IP电话基础知识 2 IP地址的结构每个IP地址由两部分组成 其两层地址结构如图所示 TCP IP网络中IP地址的结构 IP电话基础知识 1 网络地址网络地址用于辨认网络 又被称为 网络编号 网络ID或网络标识 2 主机地址主机地址用于辨认同一网络中的主机 也被称为主机ID 主机编号或主机标识 IP电话基础知识 3 IP地址的划分 Internet委员会定义了5种标准的IP地址类型 格式参见图3 11 1 A类地址 一般分配给大规模的网络 2 B类地址 一般分配给中等规模的网络 3 C类地址 一般分配给小规模的网络 4 D类地址 用于多播 所谓的多播就是把数据同时发送给一组主机 5 E类地址 是为将来预留的 也可以作为实验地址 IP电话基础知识 3 IP地址的划分 续 IP电话基础知识 4 TCP IP协议配置 在配置TCP IP协议时 一共有3个重要参数 即IP地址 子网掩码和默认网关 1 子网掩码 subnetmasks 1 什么是子网掩码 2 默认子网掩码的类型 3 子网掩码的两个功能 区分IP地址的网络编号与主机编号 用于划分子网 IP电话基础知识 5TCP IP协议功能及特点 1 TCP IP是Internet的基础与核心 2 使用Internet时无需了解网络底层 3 Internet最终将取代现有的电话网 数据网和有线电视网 成为三网合一的综合多媒体业务网 IP电话基础知识 2 1 2TCP协议 进程 进程数据传输差错检测可靠数据传输面向连接拥塞控制 TCP基本功能 IP电话基础知识 TCP主要特点 面向连接面向字节流可靠交付全双工一对一的链接 IP电话基础知识 TCP首部 20字节的固定首部 目的端口 数据偏移 检验和 选项 长度可变 源端口 序号 紧急指针 窗口 确认号 保留 FIN 32位 SYN RST PSH ACK URG 位08162431 填充 TCP数据部分 TCP首部 TCP报文段 IP数据部分 IP首部 发送在前 TCP报文段首部 IP电话基础知识 源端口和目的端口字段 各占2字节 端口是运输层与应用层的服务接口 运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现 TCP首部 20字节固定首部 目的端口 数据偏移 检验和 选项 长度可变 源端口 序号 紧急指针 窗口 确认号 保留 FIN SYN RST PSH ACK URG 位08162431 填充 IP电话基础知识 TCP的连接建立 用三次握手建立TCP连接的各状态 CLOSED CLOSED A B 客户 服务器 IP电话基础知识 第1步 客户进程首先向服务器进程发出连接请求报文 同位符SYN 1 初始序号seq 0 消耗一个序列号 客户机进入SYN SENT 同步已发送 状态第2步 服务器向客户机发送确认 ack 0 1 选择初始初始序号seq 0 服务器进入SYN SENT状态 第3步 客户机收到服务器确认 继续向服务器发出确认seq 1 ack 1 服务器收到确认后进入ESTABLISHED状态 TCP三次握手说明 IP电话基础知识 UDP协议 UDP协议是UserDatagramProtocol的简称 中文名是用户数据报协议 主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式 IP电话基础知识 UDP在TCP IP协议族中的位置 网络层 数据链路层 物理层 IP ICMP IGMP RARP ARP 传输层 UDP TCP 应用层 IP电话基础知识 进程到进程间的通信 物理层 数据链路层 物理层 数据链路层 IP协议 Foxmail exeSpark exe Foxmail exeSpark exe TCP UDP协议 IP电话基础知识 端口号 IP协议通信 物理层 数据链路层 网络层 物理层 数据链路层 网络层 IP地址和数据 IP头 数据 Foxmail exe Spark exe Iexplorer exe Port25 Port80 Port IP电话基础知识 用户数据报 固定首部 数据 可变 源端口号16比特 目的端口号16比特 总长度16比特 检验和16比特 8字节 源端口号 源主机的端口号 客户端大多数情况下是短暂端口号 服务端大多数情况下是熟知端口号 总长度 总长度规定了UDP报文的最大长度 但是大多数实现所提供的长度要比65535小 原因一 应用程序可能会受到其程序接口的限制 socketAPI提供了一个可供应用程序调用的函数 以设置接收和发送缓存的长度 对于UDPsocket 这个长度与应用程序可以读写的最大UDP数据报的长度直接相关 现在的大部分系统都默认提供了可读写大于8192字节的UDP数据报 原因二 来自于TCP IP的内核实现 可能存在一些实现特性 或差错 使IP数据报长度小于65535字节 UDP格式 IP电话基础知识 发送端检验和的计算 16位源端口号 32位源IP地址 32位目的IP地址 0 8位协议 16位UDP长度 16位源端口号 16位UDP长度 16位检验和 填充数据 UDP数据报 伪首部 0 将所有的比特划分为16位的字 若字节总数不是偶数 则增加一个字节的填充 全0 将所有的16位部分使用反码算术相加 得到结果取反码 写入检验和字段 IP电话基础知识 接收端检验和的计算 16位源端口号 32位源IP地址 32位目的IP地址 0 8位协议 16位UDP长度 16位源端口号 16位UDP长度 16位检验和 填充数据 UDP数据报 伪首部 将所有的比特划分为16位的字 若字节总数不是偶数 则增加一个字节的填充 全0 将所有的16位部分使用反码算术相加 得到结果取反码 若结果是0 接收 若结果不为0 丢弃 IP电话基础知识 UDP的操作 无连接 UDP提供无连接的服务 UDP发送的每个数据报之间是没有关系的 不同用户数据报之间没有区别 UDP不需要建立连接 也没有断开连接 每一个数据报都可以走不同的路径 路由 路由 路由 UDP没有流控制也没有差错控制 IP电话基础知识 UDP的操作 封装和拆装 物理层 UDP数据 数据 进程 IP数据 数据 物理层 UDP数据 数据 IP数据 数据 进程 数据大于MTU时 会进行IP分片 IP电话基础知识 UDP的操作 队列 进程 UDP 出队列 入队列 客户端从系统请求端口号 服务端使用熟知端口号 然后创建队列 出队列溢出时 操作系统要求进程继续发送报文要等待 入队列溢出时UDP丢弃这个数据报 并请求ICMP发送端口不可达报文接收报文后 对端口进行检查 如果该端口队列被创建 则将报文插入队列末尾 如果没有这样的队列 则丢弃报文 并请求ICMP发送不可达报文 IP电话基础知识 UDP的操作 复用和分用 复用 在发送端 多个进程使用UDP发送数据 但是只有一个UDP 是一个一对多的关系 因而需要复用 UDP从不同的进程中接受报文 通过端口号区分他们 加上UDP头部后交付给IP 分用 在接收端 多个进程使用UDP接收数据 但是只有一个UDP 是一个多对一的关系 因而需要分用 UDP从IP接收数据报 经过差错检查后丢掉首部 然后通过端口号 将每个数据报交付到相应的进程 UDP的使用 UDP适用于 简单的请求 响应通信 而较少考虑控制和差错的进程 UDP适用于具有内部流控制和差错控制机制的进程 UDP适用于多播和广播 多播和广播能力已经嵌入在UDP软件中 UDP可用于管理进程 如SNMP 简单网络管理协议 UDP可用于某些路由选择更新协议 如RIP 路由选择信息协议 IP电话基础知识 UDP小结 UDP是运输层协议 它创建进程到进程的通信 UDP是不可靠的无连接协议 它只需要很小的开销 但是很够很快的交付 没有流控制和差错控制使得如果想要安全可靠的交付 必须要对它进行控制 每一个进程有一个唯一的端口号 可以将它和其他同时在一个机器上运行的进程区分开来 客户程序大都使用短暂端口号 服务器程序使用熟知端口号 UDP需要一对插口地址 客户插口地址和服务器插口地址 UDP在差错控制方面仅有的尝试就是检验和 在检验和中使用到来自IP的伪首部 可以检查源IP地址和目的IP地址 UDP可以分用复用 UDP软件包括 一个控制块表 一个控制块模块 若干个输入队列 一个输入模块和一个输出模块 IP电话基础知识 IP电话基础知识 RTP协议 实时传输协议 Real timeTransportProtocol RTP RTP协议详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式 RTP通常使用UDP来进行多媒体数据的传输 当然也可采用TCP传递 RTP协议由两个密切相关的部分组成 RTP数据协议和RTP控制协议 RTCP IP电话基础知识 RTP协议格式 RTP数据协议负责对流媒体数据进行封包并实现实时传输 RTP数据报都由头部 Header 和负载 Payload 两个部分组成 其中头部前12个字节的含义是固定的 而负载则可以是音频或视频数据 RTP数据报的头部格式如图所示 V RTP版本号 P 填充位 说明此包末尾是否包含填充比特 填充可能用于某些具有固定长度的加密算法 或者用于在底层数据单元中传输多个RTP包 X 扩展位 说明固定头后是否有扩展头 PT PayloadType 载荷类型识别RTP有效载荷的格式 序列号 每发送一个RTP数据包 序列号增加1 接收方可以依次检测数据包的丢失并恢复数据包序列 时间戳 反映RTP数据包中的第一个八位组的采样时间 采样时间必须通过时钟及时提供线性无变化增量获取 以支持同步和抖动计算 IP电话基础知识 实时传输控