现代通信网络 第四章 ip基础

现代通信网络 第4章 IP基础,1,4.1 协议和体系结构的概念4.2 局域网基本知识4.3 广域网4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理4.7 IPv6简介4.8 Internet服务及资源,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,2,4.1 网络体系结构模型 OSI参考模型 TCP/IP协议模型,现代通信网络 第4章 IP基础,3,体系结构与模型的定义,Architecture词义部件的有序安排；结构我们常常对现实世界自然或人工系统建立抽象的模型，通过对模型部件之间的连接结构和交互关系来描述系统的工作原理比如PC机模型：CPUOS软件外设,现代通信网络 第4章 IP基础,4,OSI参考模型,现代通信网络 第4章 IP基础,5,网络体系结构的内涵,网络体系结构是对层次划分、各层功能(协议)定义以及层间接口等的描述说明。体系结构是抽象的、概念性的具体的网络开发/实现时要依据体系结构来设计，相关的硬件和软件要符合标准。一个体系结构可以有多种实现比如华为、中兴、Cisco的实现,现代通信网络 第4章 IP基础,6,OSI各层作用 OSI参考模型采用7层协议结构（1）物理层（Physical Layer）对物理线路进行数字化，以便透明地传送比特流。“透明”的意思是指上层交给的数据流不会被过滤掉或屏蔽掉，能够原样传到对方（2）数据链路层（Data Link Layer） 在相邻节点之间无差错地传送以帧为单位的数据。,现代通信网络 第4章 IP基础,7,（3）网络层（Network Layer） 在网络端端之间传送分组。（4）运输层（Transport Layer） 在网络层提供的端端服务基础上，为端端用户提供可靠的通信服务。（5）会话层（Session Layer） 管理和协调两台计算机之间的信息交互，提供建立和使用连接的方法。一个连接就叫做一个”会话”。,现代通信网络 第4章 IP基础,8,（6）表示层（Presentation Layer） 解决用户信息的语法表示问题。（7）应用层（Application Layer） 确定应用进程的性质，为应用进程提供通信接口。,现代通信网络 第4章 IP基础,9,实体、协议、服务及服务访问点,实体(entity)是任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 ，对等实体协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。协议三要素语法：数据与控制信息的结构或格式语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答同步：事件实现顺序的详细说明协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则,现代通信网络 第4章 IP基础,10,实体、协议、服务及服务访问点,服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务 。本层的服务用户只能看见服务而看不见下面的协议（下面的协议对上面的服务用户是透明的 ）服务访问点（SAP）是在同一系统中相邻两层之间交换信息的逻辑接口。如端口（port）或套接字（socket）服务原语是同一系统中相邻两层交换信息所用的语言。四种类型：请求、指示、响应和证实,现代通信网络 第4章 IP基础,11,相邻两层之间的关系,服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语 服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方 服务数据单元(SDU)：层间交换的数据 协议数据单元(PDU)：对等实体间交换的数据,现代通信网络 第4章 IP基础,12,4.1 网络体系结构模型 OSI参考模型 TCP/IP协议模型,现代通信网络 第4章 IP基础,13,一、TCP/IP分层参考模型,TCP/IP模型分为4层，与OSI模型有较大的区别,现代通信网络 第4章 IP基础,14,二、TCP/IP与OSI/RM分层参考模型的比较,现代通信网络 第4章 IP基础,15,OSI体系结构在市场上失败,OSI 的七层网络体系结构实现非常复杂，其商业产品很少TCP/IP 的四层网络体系结构取得市场优势，成为事实上的标准OSI/RM的失败原因：提出时间晚：OSI 协议出现时，TCP/IP 已被广泛地应用；过分理想和复杂导致效率低、实现困难；会话层和表示层几乎是空的、某些功能在各层重复出现、忽略了无连接服务、模型是由通信方面的人主持制定的。,现代通信网络 第4章 IP基础,16,不过OSI 体系结构中的很多概念对理解计算机网络的工作原理还是有很大帮助：协议、服务、服务访问点、服务原语,现代通信网络 第4章 IP基础,17,三、分层的优点,便于标准化、便于互通、便于扩展、便于实现各层之间是独立的：降低复杂度灵活性好：变化相互影响小结构可分开：便于采用不同的实现技术易于实现和维护能促进标准化工作：每层的功能及其所提供的服务都已有精确的说明,现代通信网络 第4章 IP基础,18,分层的缺点,分层的缺点：可能会降低通信效率处理环节多、功能重复/矛盾改进：跨层设计某层的设计基于其它层设计细节、多层联合调节某些参数违反分层原则，实现复杂，不利于升级和维护,现代通信网络 第4章 IP基础,19,例、无线网络中常用跨层设计,底层通知高层：信号弱了！,高层通知底层：现在传输的是语音！选用适合的无线信道编码以满足语音传输性能,现代通信网络 第4章 IP基础,20,4.1 协议和体系结构的概念4.2 局域网基本知识4.3 广域网4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理4.7 IPv6简介4.8 Internet服务及资源,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,21,4.2. 局域网基本知识,局域网主要特点及标准局域网体系结构典型的MAC协议ALOHA以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CD局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,22,局域网，LAN,局域网通常在一座大楼、一个校园或一个企业内，其地理范围(几公里)和站点数目有限。其主要特点：速率较高网络简单、易管理、便宜便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置 可灵活调整和改变。安全性威胁相对不严重能方便地共享设备、主机以及软件、数据。,现代通信网络 第4章 IP基础,23,局域网类型,按传输介质分有线局域网无线局域网按拓扑结构分总线形局域网环形局域网星形局域网各种局域网标准,现代通信网络 第4章 IP基础,24,IEEE 802委员会制定的标准（1）,802.1: 概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能管理802.2: 逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口802.3: CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规约 （常称为以太网）802.4: 令牌总线网。MAC子层和物理层的规约802.5: 令牌环形网。MAC子层和物理层的规约802.6: 城域网MAN。MAC子层和物理层的规约802.7: 宽带技术802.8: 光纤技术,现代通信网络 第4章 IP基础,25,IEEE 802委员会制定的标准（2）,802.9: 综合话音数据局域网802.10: 可互操作的局域网的安全802.11: 无线局域网802.12: 优先级高速局域网(100 Mb/s)802.13: 有线电视(Cable TV)802.15.1/2 蓝牙，802.15.4 紫蜂网ZigBee802.16：城域无线宽带系统, WiMax802.20：移动宽带无线接入，MBWA,IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图,现代通信网络 第4章 IP基础,26,现代通信网络 第4章 IP基础,27,局域网的拓扑（1）,星形网：集线器(hub) + 双绞线, 现在非常广泛,环形网：令牌环形网(token ring)，或令牌环,总线网：早期以太网，使用CSMA/CD,现代通信网络 第4章 IP基础,28,局域网的拓扑（2）,树形网：层次化网络，校园网和企业网中常用,AD HOC：也称自组网、对等网络 一般为栅格状拓扑，无线局域网中的自组网，使用CSMA/CA协议,现代通信网络 第4章 IP基础,29,4.2. 局域网基本知识,局域网主要特点及标准局域网体系结构典型的MAC协议ALOHA以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CD局域网组网局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,30,局域网体系结构,IEEE 802参考模型,现代通信网络 第4章 IP基础,31,现代通信网络 第4章 IP基础,32,局域网体系结构：各层功能,物理层功能：信号的编码与译码为进行同步用的前同步码（前导码）的产生与去除比特的传输与接收,0,1,0,1,现代通信网络 第4章 IP基础,33,局域网体系结构：各层功能,数据链路层分为两个部分：媒体访问控制子层（MAC）逻辑链路控制子层（LLC）,现代通信网络 第4章 IP基础,34,局域网体系结构：各层功能,MAC子层功能：将上层交来的数据封装成帧进行发送(接收时相反过程)实现多个用户通过共享信道组网实现和维护MAC协议（比如CSMA/CD）MAC子层可提供广播、组播和点对点通信服务，是无连接的数据报服务。,现代通信网络 第4章 IP基础,35,局域网体系结构：各层功能,LLC子层功能建立和释放数据链路层的逻辑连接给帧加上序号差错控制，实现可靠的数据链路提供与高层的服务接口LLC子层提供下列四种服务： LLC1 不确认的无连接服务； LLC2 面向连接服务； LLC3 带确认的无连接服务：用于令牌环 LLC4 高速传送服务：用于城域网,现代通信网络 第4章 IP基础,36,局域网的LLC子层是统一的,只有MAC子层才区分是何种标准的局域网。可通过MAC桥接实现不同局域网间的互联各局域网LLC子层是相同的中继设备在转发MAC帧时是不看、不改LLC帧内容的。,高层,物理层,LLC,MAC1,局 域 网1,局 域 网2,现代通信网络 第4章 IP基础,37,传 输 媒 体,物理层,MAC,LLC,SAP,1,2,3,进程,主机 A,物理层,MAC,LLC,1,2,主机 B,物理层,MAC,LLC,1,主机 C,SAP 地址,MAC 地址,z,y,x,MAC层提供“点到点”链路，不可靠,MAC层实现多个用户间的组网局域网可以没有交换机LLC是端到端的服务对上层应用提供服务端口（SAP地址）,局域网没有网络层,现代通信网络 第4章 IP基础,38,MAC层的硬件地址,又称为物理地址或MAC地址48bit的全球地址：网卡上的地址局域网全球地址的法定管理机构：注册管理委员会RAC，分配前3个字节。机构惟一标识符OUI或公司标识符 （MAC地址厂商分配表）扩展标识符：后 3 个字节一个地址块可生成224个不同地址广播地址,现代通信网络 第4章 IP基础,39,4.2 局域网基本知识,局域网主要特点及标准局域网体系结构典型的MAC协议ALOHA以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CD局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,40,电缆（共享总线）,MAC层一般原理,多个站点通过共享信道进行互联，使用MAC协议解决共享信道争用，实现多个站点之间的相互通信。多点接入技术（Multiple Access，MA） 1、受控接入 集中控制（轮询） 分散式控制（令牌环、令牌总线） 2、随机接入 ALOHA CSMA/CD,现代通信网络 第4章 IP基础,41,ALOHA与CSMA,在ALOHA中，一个站无论什么时候有数据要发送，都可以随意发送，无需考虑其它用户是否也在发送。这样，它们之间就会有冲突，冲突的帧被破坏。如果一个帧被破坏，发送者需要等待一段随机时间再重发。纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18.4%如果各站都客气一点，谦让一点，根据网络情况协调自己的行为，就能使信道利用率大大提高。CSMA就采用了这种思想。,现代通信网络 第4章 IP基础,42,CSMA（载波监听多路访问）,在CSMA中，一个站点在发送之前要先监听信道。如果发现信道空闲，则发送；如果发现信道上有载波，即处于忙状态，则不发送。这样这就大大减少了碰撞次数。,现代通信网络 第4章 IP基础,43,监听策略,当一个站点发送数据前监听到信道忙时，其处理方式有两种（1）继续监听，直到信道闲；（2）随机等待一段时间再来监听由此，便得出不同的CSMA系统，如坚持型CSMA和非坚持型CSMA。,现代通信网络 第4章 IP基础,44,冲突检测（CD）原理,虽然发送数据之前会监听信道，但仍会发生碰撞，比如，当信道由忙转为空闲时，如果有多个站同时在监听，这些站将会同时发送而产生碰撞。CSMA存在由于多个站同时发送而产生的碰撞，但各站并不知道已经发生碰撞，仍会将数据帧发送完毕。这就浪费了信道。为此，CSMA/CD增加了边发边听的功能，一旦发生冲突，双方都能监听到，并停止发送，根据一定的后退算法延迟一个随机时间重新监听、发送。,现代通信网络 第4章 IP基础,45,后退算法,在IEEE 802.3以太网中，采用1坚持CSMA/CD协议，后退算法为截断二进制指数算法，MAC帧的长度范围是641518字节。,现代通信网络 第4章 IP基础,46,截断二进制指数退避算法,第一次重发，从0，1中随机选择一个数r，后退r*2t时间第二次重发，平均后退步长加倍，即从0，1，2，3中随机选择一个数r，后退r*2t时间.第十次重发，从0，1，2，1023中随机选择一个数r，后退r*2t时间第十一次重发，后退步长不再加倍，从0，1，2，1023中随机选择一个数r.第十五次重发，从0，1，2，1023中随机选择一个数r如果仍不成功，则丢弃此帧，并向上层报告。即最大发送次数为16次。在前十次重发中，步长每次加倍，这就是所谓的“二进制指数”，在第十次重发后，后退步长不再加倍，这就是所谓“截断”。,现代通信网络 第4章 IP基础,47,二进制指数截断后退算法优缺点,二进制指数截断算法具有自适应性。第一次重发，后退步长较小，如果网络负载较轻，则再次碰撞的概率较小；如果网络负载较重，则再次碰撞的概率较大，在下一次重发时会在更大步长范围内后退。这样，对较轻、较重的网络负载有很好的适应性。公平性不好，时延抖动大,现代通信网络 第4章 IP基础,48,以太网的工作原理：CSMA/CD协议,CSMA/CD协议：发前先听，边发边听，发现冲突，立即停止，转发强化冲突信号在IEEE 802.3以太网中，采用1坚持CSMA/CD协议，后退算法为截断二进制指数算法，MAC帧的长度范围是641518字节。,现代通信网络 第4章 IP基础,49,CSMA/CD工作原理,发送成功,发送成功,1,站,1,2,站,2,3,站,N-,1,4,站,N,5,6,7,发送成功,冲突,重发,冲突,重发,冲突,重发,时间,冲突,重发,现代通信网络 第4章 IP基础,50,CSMA/CD竞争期,现代通信网络 第4章 IP基础,51,CSMA/CD与MAC帧长关系,以太网争用期长度：51.2 s 。对于10Mbit/s的以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。因此，以太网在发送数据时，如果前64字节没有发生冲突，那么后续数据就不会发生冲突。MAC帧的长度范围是641518字节，凡长度小于64字节的帧都是无效帧,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始定界符,7 字节,1 字节,8 字节,插入,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,以太网的 MAC 帧格式,52,现代通信网络 第4章 IP基础,53,4.2 局域网基本知识,局域网主要特点及标准局域网体系结构典型的MAC协议ALOHA以太网中使用IEEE802.3 CSMA/CD局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,54,1 常用的媒体2 物理层上直接组网3 MAC层上组网 一般网桥 交换式网桥4 远程局域网互联,局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,55,局域网使用的物理媒体,主要的物理媒体：双绞线：主流，常见10-100Mbps, 乃至1Gbps同轴电缆 ：总线型以太网，现少用光纤：10Mbps -10Gbps无线：2.4G/5G频段，提供1-54Mbps,现代通信网络 第4章 IP基础,56,1 常用的媒体2 物理层上直接组网3 MAC层上组网 一般网桥 交换式网桥4 远程局域网互联,局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,57,物理层直接组网的物理拓扑,集线器,(b)星形网,星形网：集线器(hub) + 双绞线, 现在非常广泛,总线网：早期以太网使用,匹配电阻,(a) 总线网,现代通信网络 第4章 IP基础,58,细同轴电缆组网,距离一般小于200米（标准规定是185米）,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,现代通信网络 第4章 IP基础,59,共享式集线器组网,在星形网的中心使用一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此可靠性已大大提高了。一个站点没有接好，不会影响其他站点。速率10Mbps、100Mbps,现代通信网络 第4章 IP基础,60,共享式集线器组网,共享式集线器/Hub通过一条总线把各端口连接起来，在同一时刻只有一个端口能发送。相当于放大器（或转发器） 。内部仍是总线，使用802.3 CSMA/CD协议。,集线器,网卡,工作站,网卡,工作站,网卡,工作站,双绞线,现代通信网络 第4章 IP基础,61,集线器之间互联,扩大了局域网覆盖的地理范围。逻辑上仍是一条总线，总的带宽并未提高,现代通信网络 第4章 IP基础,62,共享式集线器组网优缺点,优点：简单、便宜为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础缺点：内部仍然是共享总线，性能不高： 用户数少，时延大，安全性也不好,现代通信网络 第4章 IP基础,63,1 常用的媒体2 物理层上直接组网3 MAC层上组网 一般网桥 交换式网桥4 远程局域网互联,局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,64,网桥,可以将两个或以上的LAN互连成一个逻辑LAN。,LAN 2,LAN 1,网桥,现代通信网络 第4章 IP基础,65,网桥对MAC帧进行转发,站表,端口管理 软件,网桥协议 实体,缓存,1,1,1,2,2,2,站地址,端口,网桥,端口 1,端口 2,根据MAC帧的目的地址进行转发,现代通信网络 第4章 IP基础,66,网桥站点表是如何建立的？,站表,端口管理 软件,网桥协议 实体,缓存,站地址,端口,网桥,端口 1,端口 2,对广播帧和未知地址MAC帧向所有端口转发,Q：目的MAC地址如何获取？,现代通信网络 第4章 IP基础,67,网桥,工作原理：通过监听网络上所有的帧，网桥可以建立各网段站点地址表。当一个网段收到一个目的地址不是本网段的MAC帧时，网桥向其它的网段转发；若该帧是发向同一网段某一站的，网桥不转发，而将其滤除(不再是共享带宽)。当两个网段的MAC协议不同时，网桥还要负责MAC协议的转换。,现代通信网络 第4章 IP基础,68,网桥之间的组网,网桥之间可以互联,现代通信网络 第4章 IP基础,69,网桥之间的组网,远程网桥之间可以使用光纤、无线、电话线等进行互联,LAN 2,现代通信网络 第4章 IP基础,70,网桥优缺点,优点：比较灵活，可连接异构局域网和远程局域网性能比共享式集线器有提高。缺点：传统网桥端口少； 传统网桥使用软件实现，对接收的帧要先存储和查找站表，增加了时延； 不滤除广播帧，有时会产生广播风暴,现代通信网络 第4章 IP基础,71,1 常用的媒体2 物理层上直接组网3 MAC层上组网 一般网桥 交换式集线器4 远程局域网互联,局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,72,交换式集线器,交换式集线器也称以太网交换机，使用带有交换芯片的 高速背板来连接各端口。通过识别MAC帧的目的地址进行转发。各端口可以同时通信。速率10M、100M、10/100M自适应目前很多产品支持直连线、交叉线自适应,现代通信网络 第4章 IP基础,73,以太网交换机逻辑功能图,现代通信网络 第4章 IP基础,74,以太网交换机：交换芯片,现代通信网络 第4章 IP基础,75,帧1,1234516,帧2,端口 1,端口 4,帧2,帧1,端口 1,端口 2,12,21,11,22,（2）空间接线器工作原理,交换矩阵控制：根据MAC分组中的目的地址,时间 0,时间 1,2,1,输入线,输出线,现代通信网络 第4章 IP基础,76,交换机组网,现代通信网络 第4章 IP基础,77,以太网交换机优缺点,优点：端口多，转发速率快；灵活方便：速率10/100M自适应，直连线/交叉线自适应支持VLAN（虚拟局域网），可限制广播风暴，使广播风暴减少，增加安全性。缺点：不支持不同MAC帧格式间的转换二层交换机VLAN间互联不方便,现代通信网络 第4章 IP基础,78,1 常用的媒体2 物理层上直接组网3 MAC层上组网 一般网桥 交换式集线器4 远程局域网互联 远程网桥 广域网：X.25、DDN、帧中继,4.2.2 局域网组网,现代通信网络 第4章 IP基础,79,远程局域网互联：通过网桥连接,远程网桥之间可以使用光纤、无线、电话线等进行互联,现代通信网络 第4章 IP基础,80,远程局域网互联：无线网桥,远程网桥之间可以使用光纤、无线、电话线等进行互联,无线modem,无线modem,无线链路,现代通信网络 第4章 IP基础,81,4.1 协议和体系结构的概念4.2 局域网基本知识4.3 广域网4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理4.7 IPv6简介4.8 Internet服务及资源,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,82,广域网的基本概念,广域网是指覆盖范围很广（远远超过一个城市的范围）的长距离网络。X.25、DDN、帧中继、卫星数据网、ATM、MPLS 等局域网使用的协议主要在数据链路层，而广域网使用的协议主要在网络层。广域网目前主要用途远程局域网之间互联使用路由器联入广域网实现通信气象网、银行联网,现代通信网络 第4章 IP基础,83,广域网用途：远程局域网互连,既连局域网，也连广域网。互联网的互连设备,广域网的互连设备（包括路由器）,现代通信网络 第4章 IP基础,84,X.25简介,X.25网就是X.25分组交换网， X.25建议1976年由CCITT（即现在的ITU-T）制定。X.25只是一个对公用分组交换网接口的建议它不涉及到网络内部应做成什么样子，这应由各个网络自己决定。 我国：ChinaPac，覆盖全国所有县城。,现代通信网络 第4章 IP基础,85,X.25 规定了DTE-DCE的接口,DCEDTE接口：UNI接口，遵循X.25标准。DTE（用户）数据终端设备DCE（网络侧）数据电路终接设备,现代通信网络 第4章 IP基础,86,X.25的层次关系,平衡型链路接入规程(HDLC的一个子集),X.25标准定义了三层：物理层、帧层（数据链路层）和分组层,DTE,DCE,现代通信网络 第4章 IP基础,87,X.25网基本服务和适用范围,X.25网采用存储转发方式，能在一条物理线路上提供多条永久虚电路（PVC）、交换虚电路（SVC)基本业务以及用户可选业务，并能提供虚拟专用网（VPN）。采用动态复用方法，可以提高信道利用率，简化物理接口，还能使不同速率终端相互通信。X.25网主要适用于交换式报文，数据速率在64kbit/s以下，网络平均延时达一秒左右，不适合多媒体通信。,现代通信网络 第4章 IP基础,88,帧中继（FR）,随着网络本身的误比特率非常低，可以简化某些差错控制过程，减少结点处理分组的时间，从而提高网络传输效率。帧中继交换机接收到数据帧的首部时，只要查到帧的目的地址就立即转发，而不需等到收完该帧才转发。（快速分组交换）对于误码的处理：丢弃出错帧。帧中继是面向连接的网络，它在第二层提供虚电路服务，帧长可变。只有帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的。,现代通信网络 第4章 IP基础,89,帧中继使用虚电路,帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。虚电路一般分为交换虚电路 SVC 和永久虚电路 PVC 两种。帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务，它的好处是在通信时可省去建立连接的过程。 如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接，那么就一共需要有 N(N 1)/2 条永久虚电路。,现代通信网络 第4章 IP基础,90,帧中继网,帧中继交换机,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继提供虚电路服务,现代通信网络 第4章 IP基础,91,帧中继的帧格式,IP 数据报,标志字段是一个 01111110 的比特序列，用于指示帧中继帧的起始和结束。它的惟一性是通过比特填充法来确保的。,现代通信网络 第4章 IP基础,92,地址字段中的几个重要部分,数据链路连接标识符 DLCI DLCI 字段的长度一般为10 bit（采用默认值 2 字节地址字段）但也可扩展为 16 bit（用 3字节地址字段），或 23 bit（用 4 字节地址字段），这取决于扩展地址字段的值。DLCI 的值用于标识永久虚电路(PVC)、呼叫控制或管理信息。 DLCI 只具有本地意义。,帧中继网,帧中继交换机,路由器,虚电路1,路由器,虚电路2,现代通信网络 第4章 IP基础,93,帧中继网,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继网络的工作过程,用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧中继网络相连接的路由器。,现代通信网络 第4章 IP基础,94,帧中继网,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继网络的工作过程,路由器就剥去 MAC 帧的首部，将 IP 数据报交给路由器的网络层。网络层再将 IP 数据报传给帧中继接口卡。,现代通信网络 第4章 IP基础,95,帧中继接口卡把 IP 数据报封装到帧中继帧的信息字段。加上帧中继帧的首部（包括帧中继的标志字段和地址字段，帧中继帧的标志字段和 PPP 帧的一样），进行 CRC 检验后，加上帧中继帧的尾部（包含帧检验序列字段和标志字段），就构成了帧中继帧。,IP 数据报,现代通信网络 第4章 IP基础,96,帧中继网,路由器,局域网,局域网,虚电路,路由器,帧中继网络的工作过程,为了区分开不同的永久虚电路 PVC，每一条 PVC 的两个端点都各有一个数据链路连接标识符 DLCI。DCLI 是 Data Link Connection Identifier。,现代通信网络 第4章 IP基础,97,帧中继网络的工作过程,帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机。帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧（若检查出有差错则丢弃）。,现代通信网络 第4章 IP基础,98,帧中继网络的工作过程,当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机。,现代通信网络 第4章 IP基础,99,帧中继网络的工作过程,目的主机若发现有差错，则报告上层的 TCP 协议处理。即使 TCP 协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送，而并不知道这是重传的数据。,现代通信网络 第4章 IP基础,100,4.1 协议和体系结构的概念4.2 局域网基本知识4.3 广域网4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理4.7 IPv6简介4.8 Internet服务及资源,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,101,4.4.1 IP地址4.4.2 域名服务4.4.3 IP分组格式,4.4 IP,现代通信网络 第4章 IP基础,102,IP地址分类及格式,IP地址格式 高位比特 格式 类型 - - - - 0 7比特的网络号, 24比特主机号 A 10 14比特的网络号, 16比特主机号 B 110 21比特的网络号, 8比特主机号 C 1110 组播地址 D 111110 保留为今后使用 E,现代通信网络 第4章 IP基础,103,IP地址,A类地址,0 网络编号 主机地址,0 1 7 8 31,B类地址,1 0 网络编号 主机地址,0 1 2 15 16 31,C类地址,1 1 0 网络编号 主机地址,0 1 2 3 23 24 31,D类地址,1 1 1 0 组播地址,0 1 2 3 4 31,E类地址,1 1 1 1 0 保留,0 1 2 3 4 5 31,现代通信网络 第4章 IP基础,104,特殊的IP地址,主机部分全由“1”组成的IP地址被解释成“所有主机”如：192.168.0.255A类地址的网络号127被指定用于“回送”功能如：localhost 127.0.0.1,私有地址：10.0.0.0-10.255.255.255，172.16.0.0-172.31.255.255192.168.0.0-192.168.255.255,现代通信网络 第4章 IP基础,105,IP地址表示法,地址的长度是32比特，通常用分成4节的12个数字表示，如：11001110 00000000 01000111 00011100是一个C类地址，可记为206.0.71.28。,现代通信网络 第4章 IP基础,106,子网划分与地址掩码,常规的IP地址,网络编号 主机地址,0 1 7 8 31,网络编号 子网编号 主机地址,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0,子网地址,子网掩码,在子网连接中，IP地址的主机部分被分成两个部分： 左边”1”部分用于识别子网编号 右边”0”部分用于识别该子网上的主机,为了解决IP地址不足，提高IP地址的使用效率，采用划分子网的方法。,现代通信网络 第4章 IP基础,107,子网实例1,在IP地址128.1.0.0下，建立254个子网，每个子网最多能支持254台主机 网络编号 10000000.00000001.00000000.00000000 = 128.1.0.0 子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.0 子网1 10000000.00000001.00000001.00000000 = 128.1.1.0 子网2 10000000.00000001.00000010.00000000 = 128.1.2.0 子网254 10000000.00000001.11111110.00000000 = 128.1.254.0可以分配子网1的地址范围 低地址 10000000.00000001.00000001.00000001 = 128.1.1.1 高地址 10000000.00000001.00000001.11111110 = 128.1.1.254,现代通信网络 第4章 IP基础,108,子网实例2,在IP地址128.1.0.0下，建立2个子网，每个子网最多能支持16381台主机 网络编号 10000000.00000001.00000000.00000000 = 128.1.0.0 子网掩码 11111111.11111111.11000000.00000000 = 255.255.192.0 子网1 10000000.00000001.01000000.00000000 = 128.1.64.0 子网2 10000000.00000001.10000000.00000000 = 128.1.128.0可以分配子网1的地址范围 低地址 10000000.00000001.01000000.00000001 = 128.1.64.1 高地址 10000000.00000001.01111111.11111110 = 128.1.127.254,现代通信网络 第4章 IP基础,109,近来Internet网络发展很快，IP地址更加紧张。A类网络总共只有128个，目前很难再申请到。B类网络也不多。一般单位只能申请到C类地址，且往往是在C类网络中再做细分。子网掩码这种方式会造成路由表项增加。,现代通信网络 第4章 IP基础,110,划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。然而在 1992 年因特网仍然面临三个必须尽早解决的问题，这就是：B 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。,无分类编址 CIDR1. 网络前缀,现代通信网络 第4章 IP基础,111,1987 年，RFC 1009 就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。1993年，在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。,IP 编址问题的演进,现代通信网络 第4章 IP基础,112,CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。,CIDR 最主要的特点,现代通信网络 第4章 IP基础,113,无分类的两级编址的记法是： IP地址 := , CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于掩码中比特 1 的个数）。CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。 相当于网络中的主机地址范围,无分类的两级编址,现代通信网络 第4章 IP基础,114,CIDR 地址块,128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是 12）。这个地址块的起始地址是 128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0 (32 - 00100000)128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255 (47 - 00101111)全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。,现代通信网络 第4章 IP基础,115,10000000 00001110 00100000 0000000010000000 00001110 00100000 0000000110000000 00001110 00100000 0000001010000000 00001110 00100000 00000011.10000000 00001110 00101111 1111110010000000 00001110 00101111 1111110110000000 00001110 00101111 1111111010000000 00001110 00101111 11111111,128.14.32.0/20表示的地址（212个）,所有地址的前缀都是相同的20比特,现代通信网络 第4章 IP基础,116,CIDR 记法的其他形式,10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。10.0.0.0/10 隐含地指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0。此掩码可表示为 11111111 11000000 00000000 00000000,现代通信网络 第4章 IP基础,117,一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为超网合成(supernetting)。CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。对于 /20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。 斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。,路由聚合(route aggregation),现代通信网络 第4章 IP基础,118,CIDR 地址块划分举例,因特网,206.0.68.0/22,206.0.64.0/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,206.0.71.128/26206.0.71.192/26,206.0.68.0/25206