移动ip技术 第一讲 网络通信协议

移动IP技术,mobile IP,第一讲 网络通信协议,1.网络的分层结构,1.1 计算机网络定义,计算机网络的定义,什么是计算机网络,1.2 分层方法引入,网络的层次结构,为什么要分层？,网络现状,多种通信媒体有线、无线,不同种类设备通用、专用,不同操作系统,不同应用环境,不同种类业务,相互交织，形成了非常复杂的网络应用环境,1.2 分层方法引入,分层方法的特点：1.对复杂问题处理的基本方法；2.将总体要实现的很多功能分配到不同层次中；3.对每层要完成的服务及服务要求都要明确规定；,1.2 分层方法引入,4.上层建立在下层基础上，使用下层提供的服务；5.高层在使用低层提供的服务时，不需要知道低层服务的实现方法。,1.3 网络分层结构,网络层次模型中的基本概念,实体：每个层次当中任何可以发送或接收信息的部分。,对等层：两个不同系统的同名层次。,对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。,接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。,服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。,1.4 网络协议,网络协议分层结构,注意：协议是水平的，服务是垂直的协议作用在对等实体之间不同层有不同的协议不同层上的一组协议为协议栈,1.5 分层结构的特点及原则,层次结构方法的优点把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护定义并提供了具有兼容性的标准接口使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务黑箱方法,1.5 分层结构的特点及原则,层次结构方法的优点（续）适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变。一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造。,1.5 分层结构的特点及原则,分层原则各层相对独立层次数量适中每层具有特定的功能底层对高层提供的服务与底层如何实现无关相邻层之间的结构有利于标准化,1.6 对等层通信实质,主任B,参谋B,B系学员,对等层通信的实质,1.6 对等层通信实质,在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。封装：协议给上一层的PDU加上特定的协议头，组成本层PDU的过程。,对等层通信的实质对等层实体之间虚拟通信下层向上层提供服务实际通信在最底层完成,1.6 对等层通信实质,对等层通信小结,数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包装多层“信封”。,但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。,2. OSI参考模型,2.1 OSI参考模型概述,2.2 OSI参考模型,主机A,主机B,2.3 OSI参考模型各层功能,2.3 OSI参考模型各层功能,3.TCP/IP参考模型,3.1 TCP/IP参考模型概述,Internet的发展历史,ARPA网,Internet,90年代初,Internet成为全球范围最大的网络,80年代末,NSF网,60年代末,3.1 TCP/IP参考模型概述,应用层,传输层,网际层,主机至网络层,3.2 TCP/IP参考模型各层功能,3.2 TCP/IP参考模型各层功能,3.3 两种模型的比较,独立的协议栈同层功能大致相同,共同处,OSI区别三个主要观念：服务、接口、协议OSI在协议发明前产生，通用性强；TCP/IP不适用于任何其他协议栈；OSI是7层；TCP/IP为4层；OSI在网络层提供面向连接和无连接两种服务，在传输层提供面向连接服务；TCP/IP在网络层提供无连接服务，在传输层提供面向连接和无连接两种服务。,差异,3.4 TCP/IP中数据封装过程,TCP/IP的数据封装过程,网络接口层,网际层,传输层,应用层,Messages or Streams,message,TCP(UDP)header,message,TCP(UDP)header,IP header,message,TCP(UDP)header,IP header,Frame header,报文,分组,IP数据包,FCS,4. 互联网网络层协议,4.1 IP层协议概述,IP层协议,IP层主要提供不可靠、无连接交付机制的服务。 IP层主要协议包括IP协议，ICMP协议及ARP协议。 IP协议是TCP/IP模型网络层最重要的协议，是将互联网连接到一起的网络层协议。,4.2 IP协议,网际协议（IP）是一个网络层协议，它包含寻址信息和控制信息 ，可使数据包在网络中路由。 IP 协议有两个基本任务：提供无连接的和最有效的数据包传送；提供数据包的分割及重组以支持不同最大传输单元大小的数据连接,4.2.1 IP报文格式,IP 数据包(Datagram) 格式： 包头 + 数据,4.2.1 IP报文格式,版本 (Version) - 4 bits目前填4IHL（包头长度）- 4 bits20到60byte，以32bit为单位服务类型(Type of Service，TOS) - 8 bitsPrecedence (优先级)0 (smallest) 7 (highest)D (low Delay)T (high Throughput)R (high Reliability),4.2.1 IP报文格式,Differential Services (DiffServ) 重新定义 TOS域：,4.2.1 IP报文格式,总长度 (Total Length) - 16 bits包括包头和数据的长度以字节为单位，最小20，最大65535。标识（Identification） - 16 bits本数据包所含的切片(Fragment) 所属原始完整数据包的识别号码。,4.2.1 IP报文格式,DF (Dont Fragment) - 1 bits本数据包不允许做切片分割，宁可丢弃。MF (More Fragment，更多位) - 1 bits除了最后一个切片，皆指明还有后续切片。切片位移 (Fragment Offset) - 13 bits本数据包所含的切片在所属原始完整数据包的位移单位：8 字节；最大：8192,4.2.1 IP报文格式,存活时间 (Time-to-Live，TTL) - 8 bits限制数据包在子网络内存活的时间 (秒) ，最大 255 秒每次跳跃，路由器会减去时间，直到减到 0 时丢弃实作上多采用跳跃计数 (hop count)，每次跳跃减 1协议 (Protocol) - 8 bits协议编号，例如 TCP、UDP等，参见RFC 1700,4.2.1 IP报文格式,包头校验和 (Header Checksum) - 16 bits只检查包头源地址 (Source Address) - 32 bits目的地址 (Destination Address) - 32 bits选项（option）,4.2.2 IP地址,因特网采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一台主机的每一个端口都分配一个唯一的地址 IP地址。IPv4-32bit/IPv6-128bit。每个IP地址都是成对的（netid，hostid）。同一个物理网络上的主机使用netid相同IP地址。同一个物理网络上的主机使用netid相同IP地址。,4.2.2 IP地址,北 大 街,东大街,住户1,住户n,住户1,住户m,地址：北大街1号,地址1：北大街n号地址2：东大街m号,4.2.2 IP地址,IP地址的几点说明：0.0.0.0 指的是这个主机，只能用在开机Netid为0，指的是这个网络。Hostid 为 255，指的是导引广播，在 netid 所指的网络广播。目的地址 255.255.255.255，指的是限制广播，在整个局域网络广播。Netid 为 127，指的是环回地址，供测试自己主机的网络，通常用 127.0.0.1,4.2.2 IP地址,为什么要用子网编址,IP地址浪费，因此可以借用hostid中的部分作为subnetid，使多个物理子网络共享一个网络前缀。,子网编址的实质,IP地址netidsubnetidhostid,通过netid和subnetid来识别一个子网。,4.2.2 IP地址,子网掩码：32bit，识别 netid 与 subnet 的相关位为 1，其余位为 0。,IP 地址与子网掩码做 AND 逻辑运算的结果，为子网编址情况下的网络地址。,例如：140.138.144.38 主机，子网掩码 255.255.254.0，则 AND 运算后得到 140.138.144.0 网络 140.138.143.25主机，子网掩码 255.255.254.0，则 AND 运算后得到 140.138.142.0 网络,4.2.2 IP地址,各类IP地址分配不均。思想：分配剩余的等级 C 网络为可变长度的区块,4.2.2 IP地址,采用无类型和子网编址的好处降低网络拥塞、可以支持不同的网络技术、可以处理技术上的限制、安全性、减低广播造成的中断、容易管理。Internet编址方法的缺陷IP地址指明了主机的网络连接，如果主机移动，改变了接入的网络，源IP地址将不能标识新的网络连接。移动IP,4.2.3 ARP协议,Host name,IP地址,MAC地址,A,B,DNS,ARP,为何要进行地址的转换,4.2.3 ARP协议,ARP步骤,(2)回应,(1)广播询问,IP地址到MAC地址的转换由地址解析协议（ARP）完成。,每个主机都有ARP高速缓存，存有IP地址（不是本主机的IP地址）到物理地址的映射表。,对于不在ARP高速缓存中的IP地址，自动启动ARP过程。,4.2.4 ICMP协议,功能：在网络发生异常时，为网络设备提供通知源站点采取措施避免或纠正问题的途径。ICMP报文虽然封装IP数据包中，但仍然属于IP层协议。ICMP报文格式,4.2.4 ICMP协议,5 互联网传输层协议,5.1 传输层协议概述,传输层协议,TCP/IP的传输层有两个不同的协议,向上层提供面向连接服务和无连接服务。用户数据报协议UDP：提供无连接服务，传输数据之前不需要先建立连接。传输控制协议TCP：提供面向连接的服务，提供可靠的传输服务，增加了许多开销。,5.2 传输层协议基本概念,端口传输实体与应用层的各种进程是通过相应的端口进行交互的。端口是16bit的地址套接字socket用套接字来标识一个端点socket（IP addr，端口）,5.3 TCP,面向连接，提供可靠的，按序传输的服务建立连接连接通过一对socket唯一识别连接是全双工的通过三次握手策略建立连接请参阅有关RFC文档中的有限状态机连接的释放,5.3.1 TCP报文格式,TCP的报文格式,5.3.2 糊涂窗口综合症,糊涂窗口综合症（SWS）当接收端的缓冲区已满，应用程序一次只从缓冲区中读取一个八位组，然后向发送端回送的确认消息中的窗口值为1。传送端就只能送出 1 个八位组数据大小的区段，效率极差。发送方应用程序每次只生成一个八位组时，发送效率也及低。,解决方法使用启发式方法来防止糊涂窗口综合症。,5.3.2 糊涂窗口综合症,Nagle算法（发送端）目的：避免传输的各报文段仅包含少量数据。算法：当应用程序一次产生 1 个字节时，TCP