IP技術(shù)原理及其發(fā)展-wzh課件

IP技術(shù)原理及其發(fā)展巴繼東May222001IP技術(shù)原理及其發(fā)展巴繼東主要內(nèi)容什么是IPIP傳送網(wǎng)技術(shù)IP的路由與交換主要內(nèi)容什么是IP2Internet定義：由眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)：眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成世界性的網(wǎng)絡(luò)主要采用TCP/IP協(xié)議采用分組交換技術(shù)由眾多路由器連接Internet定義：由眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)。3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分局域網(wǎng)(LAN) <1公里城域網(wǎng)(MAN) 五到五十公里廣域網(wǎng)(WAN) 幾十到幾千公里按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍分公用網(wǎng)、專用網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分電路交換、報文交換、分組交換、混合交換按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分星型網(wǎng)、總線網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分4遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)X.25ISDNFrameRelayLeasedLineDDN路由器PSTN路由器路由器路由器LANLANLANLAN路由器LAN路由器LAN衛(wèi)星遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)X.25ISDNFrameRelayLease5網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)卡：完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層功能集線器：工作在物理層網(wǎng)橋：工作在數(shù)據(jù)鏈路層路由器：工作在網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)：傳輸網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)交換機(jī)：以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、IP交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)卡：完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層功能6Internet接入專線接入：DDN,X.25通過Modem接入ISDN接入：2B+D,30B+DADSL接入通過CableModem接入無線接入撥號服務(wù)器交換機(jī)計(jì)費(fèi)路由器M池ModemISP去Internet用戶Internet接入專線接入：DDN,X.25ADSL接入撥7TCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口卡（以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)FDDI）傳輸介質(zhì)（雙絞線同軸電纜光纖無線）IPICMPARPRARPTCPUDPWWW瀏覽HTTP網(wǎng)絡(luò)管理SNMPDNSXDR終端仿真TELNETRPC電子郵件SMTPPOP3IMAP4網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層文件傳輸FTPSFTPTFTPNFSOSITCP/IPTCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口卡（以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)FDD8IPnetworkLayer1Layer2Layer3Layer4Layer7PhysicalLayerEthernetFDDIATMOSI/RMDataforwardingplaneControlplaneTrafficpolicing/shaping/queing/schedulingAdmissioncontrolRSVPsignalingOSPFroutingprotocolIProutingtableTCPUDPRTPICMPBestefforttrafficControlloadtrafficGuaranteedServicetraffic(1)connectioncontrol(2)routingcontrol(3)trafficcontrolIPIPnetworkLayer1Layer2Layer3La9IP層——InternetProtocolTCP/IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的核心采用無連接的方式傳輸數(shù)據(jù)包/分組；通過IP數(shù)據(jù)報和IP地址將各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)一起來，達(dá)到屏蔽低層細(xì)節(jié)，提供一致性的目的。IP層的特點(diǎn)通信子網(wǎng)的最高層；提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸機(jī)制；不保證傳輸?shù)目煽啃裕稽c(diǎn)到點(diǎn)。IP層——InternetProtocolTCP/IP網(wǎng)絡(luò)10IP數(shù)據(jù)報對物理幀的統(tǒng)一IP以太網(wǎng)幀ARPANET幀令牌環(huán)幀IP數(shù)據(jù)報ATM信元…IP數(shù)據(jù)報對物理幀的統(tǒng)一IP以太網(wǎng)幀ARPANET幀令牌環(huán)幀11IP地址A類E類11110D類111組播地址保留為今后使用011010網(wǎng)絡(luò)號C類B類主機(jī)號網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號0網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號012348162431通常采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示IP地址如：40ARP與RARPIP地址A類E類11110D類111組播地址保留為今后使用012IP數(shù)據(jù)報格式版本頭標(biāo)長服務(wù)類型總長04816192431標(biāo)識符標(biāo)志片偏移生存時間協(xié)議頭標(biāo)校驗(yàn)和信源IP地址信宿IP地址IP選項(xiàng)填充域數(shù)據(jù)…IP數(shù)據(jù)報格式版本頭標(biāo)長服務(wù)類型總長048161924313IP路由選擇什么是路由選擇尋找一條將分組從信源機(jī)傳往信宿機(jī)的傳輸路徑的過程路由選擇與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系直接尋徑與間接尋徑路由選擇協(xié)議GGP（網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)協(xié)議）EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）IP路由選擇什么是路由選擇14IP路由原理發(fā)送端站目的地址在本地目的地址不在本地第一跳路由器分配有永久的IP地址,或從DHCP服務(wù)器獲得IP包第二跳路由器搜索ARP高速緩存利用路由表中下一跳路由器的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)有目的地的MAC地址沒有目的地的MAC地址路由器將此MAC地址裝進(jìn)包的報頭中，將該包送到目的端站路由器向與包的目的地址有關(guān)的子網(wǎng)廣播一個ARP請求，擁有此IP地址的端站作出響應(yīng)，把MAC地址發(fā)送回去。路由表因此更新ARP緩存，把新的MAC地址裝進(jìn)包的報頭并發(fā)送該包。路由表由RIP和OSPF不斷地被建立和再建立，每個路由器的路由表顯示了到達(dá)目的地地址的最佳路徑或最佳的下一跳路徑。IP路由原理發(fā)送端站目的地址在本地目第一跳路由器分配有永久的15傳輸層協(xié)議——TCP與UDP傳輸層的功能——端到端通信在本質(zhì)上，傳輸層的目的是加強(qiáng)和彌補(bǔ)通信子網(wǎng)服務(wù)；加強(qiáng)是對QoS而言，指提高服務(wù)的可靠性；彌補(bǔ)是對服務(wù)類型而言，傳輸層提供端到端進(jìn)程通信，而通信子網(wǎng)提供點(diǎn)到點(diǎn)通信。TCP/IP編址機(jī)制端口地址、IP地址、硬件地址域名與IP地址傳輸層協(xié)議——TCP與UDP傳輸層的功能——端到端通信16TCP與UDP比較TCP（傳輸控制協(xié)議）TCP提供面向連接的流傳輸TCP可靠性特點(diǎn)TCP連接確認(rèn)和超時重傳流量控制——滑動窗口機(jī)制擁塞控制適合一次傳送大量報文UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）UDP同IP協(xié)議一樣提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸高效率適合傳輸報文較少的交互式業(yè)務(wù)TCP與UDP比較TCP（傳輸控制協(xié)議）UDP（用戶數(shù)據(jù)17TCP/IP高層應(yīng)用客戶機(jī)/服務(wù)器模式域名服務(wù)(DNS)E-mail服務(wù)SMTP,POP3,IMAP遠(yuǎn)程登錄協(xié)議TELNET文件傳輸協(xié)議FTPWWW服務(wù)BBS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)新聞(討論組)服務(wù)USENETTCP/IP高層應(yīng)用客戶機(jī)/服務(wù)器模式18傳統(tǒng)Internet面臨的問題Internet骨干網(wǎng)的傳送容量小，帶寬資源不足。Internet地址資源短缺。路由器瓶頸尋址速度低，吞吐量不夠路由器端口數(shù)受限對實(shí)時業(yè)務(wù)支持不夠,QoS難以保證。因特網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)通信、操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件方面都存在安全問題。傳統(tǒng)Internet面臨的問題Internet骨干網(wǎng)的傳送容19IPv6更新IP的主要動機(jī)迫在眉睫的地址空間耗盡；為了提高數(shù)據(jù)報傳輸效率，需要簡化IP。IPv6的特點(diǎn)更大的地址空間（由32位擴(kuò)展到128位）；具有優(yōu)先級別控制，支持實(shí)時業(yè)務(wù)；支持資源分配；增強(qiáng)了安全保密機(jī)制，包括鑒別（認(rèn)證）報頭和用戶數(shù)據(jù)安全包封；對協(xié)議擴(kuò)展的保證。IPv6更新IP的主要動機(jī)20IPv6數(shù)據(jù)報格式版本業(yè)務(wù)流類型數(shù)據(jù)流標(biāo)識符048162431負(fù)荷長度下一個首部跳數(shù)極限信源IP地址（128位）信宿IP地址（128位）數(shù)據(jù)…IPv6數(shù)據(jù)報格式版本業(yè)務(wù)流類型數(shù)據(jù)流標(biāo)識符0481624321Internet上的實(shí)時通信技術(shù)ST-II（流協(xié)議）在源端與目的端提供一條保證帶寬的連接通道RTP/RTCP（實(shí)時傳輸協(xié)議/實(shí)時傳輸控制協(xié)議）RTP與UDP結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的傳送，但不提供保證實(shí)時傳輸或QOS的機(jī)制RSVP（資源預(yù)留協(xié)議）在IP網(wǎng)上為實(shí)時音頻、視頻實(shí)現(xiàn)帶寬預(yù)留可按不同應(yīng)用分配帶寬，并設(shè)置隊(duì)列管理NHRP（下一跳解析協(xié)議）在建立SVC時考慮特定的發(fā)送優(yōu)先級和帶寬分配IPMulticasting（IP多播技術(shù)）Diff.Serv對不同的業(yè)務(wù)根據(jù)其特點(diǎn)提供不同等級、不同性能的服務(wù)Internet上的實(shí)時通信技術(shù)ST-II（流協(xié)議）22IP傳送技術(shù)IPSDLHDLCATMGigabitEthernetSONET/SDHCellPLDWDMIP傳送技術(shù)IPSDLHDLCATMGigabitSONET23IPoverATM利用ATM端口速率高、吞吐量大、時延小、面向連接等特點(diǎn)，保證服務(wù)質(zhì)量和可靠性，滿足實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)的要求。重疊技術(shù)集成技術(shù)光層SDH層ATM層IP電話圖像數(shù)據(jù)IPoverATM利用ATM端口速率高、吞吐量大、時延小24HistoryforIPoverATMATMForumIETF1995NextHopResolutionProtocol(NHRP):IProutingshortcutClassicalIPoverATM(IPOA):IProutingserviceIpsilon:IPSwitchToshiba:CellSwitchRouter(CSR)Cisco:TagSwitchIBM:AggregateRoute-BasedIPSwitching(ARIS)Multi-protocolLabelSwitching(MPLS)extensionMulti-protocolLabelSwitching(MPLS)basicsLANEmulation(LANE):MacbridgingserviceMulti-protocoloverATM(MPOA):Macbridge&IProutingservicePNNIAugmentedRouting(PAR):IP/ATMintegratedrouting19961997199819992000HistoryforIPoverATMATMFor25重疊技術(shù)重疊模式采用ITU-T或ATM論壇的標(biāo)準(zhǔn)信令，IP和ATM各自定義自己的地址和路由協(xié)議。ATM端系統(tǒng)使用IP地址和ATM地址兩者標(biāo)識，以及地址解析協(xié)議（ARP）。網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置服務(wù)器完成ATM地址和IP地址的映射。在發(fā)送端用戶得到接收端用戶的ATM地址后，建立ATMSVC連接并在其上傳送LAN數(shù)據(jù)包。其優(yōu)點(diǎn)是與標(biāo)準(zhǔn)的ATM兼容,有利于B-ISDN發(fā)展。缺點(diǎn)是造成重復(fù)的地址和路由協(xié)議，IP傳輸?shù)男瘦^低。典型例子CIPOA（IETF）LANEMPOA（ATM論壇）重疊技術(shù)重疊模式采用ITU-T或ATM論壇的標(biāo)準(zhǔn)信令，IP和26集成技術(shù)集成模式將ATM看作IP層的對等層，ATM端系統(tǒng)只需分配IP地址，在建立連接時使用非標(biāo)準(zhǔn)的ATM信令，僅利用了ATM信元交換的基本功能。ATM交換機(jī)變成了多協(xié)議的路由器。其優(yōu)點(diǎn)是不需要IP與ATM的地址解析，傳送IP的效率較高；缺點(diǎn)是與標(biāo)準(zhǔn)ATM融合困難。典型例子IPSwitching（Ipsilon公司）TagSwitching（Cisco公司）IPNavigator（Cascade公司）MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換，IETF）集成技術(shù)集成模式將ATM看作IP層的對等層，ATM端系統(tǒng)只需27ClassicalIPoverATMRFC1483ExampleRoutingTablemapsfinaldestinationtonexthopnetworkaddressAddressResolutionTablemapsnext-hopnetworkaddresstoATMaddresssetupmanuallybynetworkadministratorSignalingcreatesATMVCbetweenroutersATMNetworkDA-5RoutingTableAddressResolutionTable138.20.10.XClassicalIPoverATMRFC148328IPoverSDHIP數(shù)據(jù)包通過采用PPP協(xié)議映射到SDH幀結(jié)構(gòu)中，按STM-N速率傳輸。這樣可以在骨干網(wǎng)上快速傳輸多媒體業(yè)務(wù)，有效利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PPPOverSDHPPP：點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PacketoverSDH（POS）兩步映射光路層SDH層PPP/HDLCIP電話圖像數(shù)據(jù)IPoverSDHIP數(shù)據(jù)包通過采用PPP協(xié)議映射到SD29WRI提出IPoverSDH標(biāo)準(zhǔn)IPLAPSProtocolSDH/SONET系統(tǒng)開銷遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的IPoverSDH/SONET在IPoverSDH/SONET全程范圍內(nèi)支持QoS和Priority同時支持IPv4和IPv6特點(diǎn)：WRI提出IPoverSDH標(biāo)準(zhǔn)IPLAPSProto30路由與交換路由與交換的區(qū)別路由器是第三層設(shè)備，處理封包速度很慢，但在隔阻廣播風(fēng)暴方面相當(dāng)有效；第二層的交換機(jī)只在MAC層處理數(shù)據(jù)包，速度快，但易造成廣播風(fēng)暴。第三層交換機(jī)是一種綜合交換機(jī)速度和路由器流量控制功能于一體的新的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。高層交換機(jī)？——負(fù)載均衡

第3層路由第2層交換第3層交換路由與交換路由與交換的區(qū)別第3層路由第2層交換第3層交換31三層交換技術(shù)的共同點(diǎn)三層交換技術(shù)旨在將IP路由技術(shù)和ATM交換技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)兩者間的優(yōu)勢互補(bǔ)。其基本實(shí)現(xiàn)方法均是將IP路由器的軟件路由能力與ATM標(biāo)記交換的轉(zhuǎn)發(fā)性能相結(jié)合，設(shè)計(jì)高速三層交換機(jī)。對于多層交換機(jī)的控制部分，多層交換技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議（如：OSPF，IS－IS和BGP－4）和各自的標(biāo)記綁定機(jī)制；對于多層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)部分，多層交換技術(shù)采用傳統(tǒng)的ATM硬件交換和標(biāo)記交換技術(shù)（Labelswapping）來轉(zhuǎn)發(fā)信元。

三層交換技術(shù)的共同點(diǎn)三層交換技術(shù)旨在將IP路由技術(shù)和ATM交32三層交換技術(shù)的不同點(diǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動方式Nokia/Ipsilon的IP交換東芝的CSR優(yōu)點(diǎn)：是只有在數(shù)據(jù)流到達(dá)時才創(chuàng)建標(biāo)記綁定限制：要求交換機(jī)必須有高性能的分組分類能力，從而能夠高速地識別數(shù)據(jù)流。另一方面，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動方式使標(biāo)記綁定工作量正比于所到達(dá)的數(shù)據(jù)流，這樣大量的短數(shù)據(jù)流會增加交換機(jī)的負(fù)擔(dān)?？刂乞?qū)動方式標(biāo)記交換、IBM的ARIS和Ascend/Cascade/Lucent的IP導(dǎo)航器減少分組轉(zhuǎn)發(fā)帶來的延時；標(biāo)記的分配和發(fā)送工作量要少于數(shù)據(jù)驅(qū)動方式；控制驅(qū)動方式的擴(kuò)展性要優(yōu)于數(shù)據(jù)驅(qū)動方式。三層交換技術(shù)的不同點(diǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動方式33IPSwitching路由器IP路由軟件一跳接一跳路由路由器IP路由軟件IP交換機(jī)IP路由軟件一跳接一跳路由+直接路由IP交換機(jī)IP路由軟件ATM交換矩陣ATM交換矩陣多媒體業(yè)務(wù)IPSwitching路由器IP路由軟件一跳接一跳路由路由34MPLSMPLS：多協(xié)議標(biāo)記交換，屬于第三層交換技術(shù)，引入了基于標(biāo)記的機(jī)制，它把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器（LER）組成。Layer3intelligenceRoutingscalabilityReliableredundantpathsTransitpolicyLabelSwitchMulti-GbpsbandwidthCongestioncontrolQualityofserviceMultimediaMPLSMPLS：多協(xié)議標(biāo)記交換，屬于第三層交換技術(shù)，引入了35不同技術(shù)頭部比較不同技術(shù)頭部比較36LabelSwitchingOverviewLabelSwitches(ATMswitchesorrouters)LabelDistributionProtocolLabelEdgeRoutersLabelSwitchingOverviewLabel37LabelSwitchingOperation2. Ingresslabeledgerouterreceives

packet,performsLayer3

value-addedservices,

andlabelpackets3. Labelswitchesswitchlabelledpacketsusinglabelswapping4. Labeledgerouterategressremoveslabelanddeliverspacket1a. Existingroutingprotocols(e.g.OSPF,IGRP)

establishreachabilitytodestinationnetworks1b. LabelDistributionProtocol(LDP)establishes

labeltodestinationnetworkmappingsLabelSwitchingOperation2. In38MPLS網(wǎng)絡(luò)層次IPNetowrkATMCloudATMSW+LSCEdgeLSREdgeLSRRouterRouterMPLS網(wǎng)絡(luò)層次IPNetowrkATMCloudAT39ATM與IP比較控制層次上的比較ATM:面向連接、信令協(xié)議、流量控制、復(fù)雜IP:無連接、路由協(xié)議、無QoS、簡單用戶數(shù)據(jù)傳送上的比較ATM:定長的cellIP:變長的packet管理層次上的比較ATM:層管理與面管理、復(fù)雜IP:過于簡單ATM與IP比較控制層次上的比較40IP、MPLS與ATM之間關(guān)系IP、MPLS與ATM之間關(guān)系41路由器的結(jié)構(gòu)路由器的體系結(jié)構(gòu)第一代單總線單CPU結(jié)構(gòu)路由器第二代單總線主從CPU結(jié)構(gòu)路由器第三代單總線對稱式多CPU結(jié)構(gòu)路由器第四代多總線多CPU結(jié)構(gòu)路由器第五代共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)路由器第六代交叉開關(guān)體系結(jié)構(gòu)路由器等路由器的結(jié)構(gòu)輸入端口、輸出端口交換開關(guān)路由處理器路由器的結(jié)構(gòu)路由器的體系結(jié)構(gòu)42千兆比路由器線路卡交換結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)處理器線路卡線路卡發(fā)送引擎發(fā)送引擎發(fā)送引擎千兆比路由器交換結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)處理器線路卡線路卡發(fā)送引擎發(fā)送引擎發(fā)43線速的概念

可以簡單地理解為對于路由器的所有端口的任意輸入情況都能夠無延遲（嚴(yán)格說是低延遲）、無丟失地轉(zhuǎn)發(fā)。RFC建議以64字節(jié)為最短報文來測試路由器的吞吐量。比如，一臺路由器有兩個10M同步口，一個用于上行，另一個用于下行，則其吞吐量只要達(dá)到10M/8/64=19531pps，即每秒處理19531個64字節(jié)報文就可以達(dá)到線速處理能力。實(shí)際上RFC對線速的定義要低一些，對于上述情況只要達(dá)到14000pps就可以稱為線速了。線速的概念可以簡單地理解為對于路由器的所有端口的任意輸入情44路由器市場Cisco、3Com、Nortel等廠家是路由器市場的主導(dǎo)，綜合市場占有率很高，在技術(shù)方面也頗具優(yōu)勢。在路由器市場，Cisco占80％的市場份額。國產(chǎn)路由器產(chǎn)品的市場之和不超過5％華為：QuidwayNetEngine系列邁普聯(lián)想實(shí)達(dá)清華紫光烽火科技路由器市場Cisco、3Com、Nortel等廠家是路由器市45路由器選擇安全性可靠性與線路安全、身份認(rèn)證、訪問控制、信息隱藏、數(shù)據(jù)加密、攻擊探測和防范、安全管理

控制軟件軟件的安裝、參數(shù)自動設(shè)置網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力擴(kuò)展槽數(shù)目、擴(kuò)展端口數(shù)目網(wǎng)管系統(tǒng)帶電插拔能力外型尺寸的選擇協(xié)議的選擇路由器選擇安全性46IP技術(shù)原理及其發(fā)展巴繼東May222001IP技術(shù)原理及其發(fā)展巴繼東主要內(nèi)容什么是IPIP傳送網(wǎng)技術(shù)IP的路由與交換主要內(nèi)容什么是IP48Internet定義：由眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)：眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成世界性的網(wǎng)絡(luò)主要采用TCP/IP協(xié)議采用分組交換技術(shù)由眾多路由器連接Internet定義：由眾多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)。49計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分局域網(wǎng)(LAN) <1公里城域網(wǎng)(MAN) 五到五十公里廣域網(wǎng)(WAN) 幾十到幾千公里按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍分公用網(wǎng)、專用網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分電路交換、報文交換、分組交換、混合交換按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分星型網(wǎng)、總線網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分50遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)X.25ISDNFrameRelayLeasedLineDDN路由器PSTN路由器路由器路由器LANLANLANLAN路由器LAN路由器LAN衛(wèi)星遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)X.25ISDNFrameRelayLease51網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)卡：完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層功能集線器：工作在物理層網(wǎng)橋：工作在數(shù)據(jù)鏈路層路由器：工作在網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)：傳輸網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)交換機(jī)：以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、IP交換網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)卡：完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層功能52Internet接入專線接入：DDN,X.25通過Modem接入ISDN接入：2B+D,30B+DADSL接入通過CableModem接入無線接入撥號服務(wù)器交換機(jī)計(jì)費(fèi)路由器M池ModemISP去Internet用戶Internet接入專線接入：DDN,X.25ADSL接入撥53TCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口卡（以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)FDDI）傳輸介質(zhì)（雙絞線同軸電纜光纖無線）IPICMPARPRARPTCPUDPWWW瀏覽HTTP網(wǎng)絡(luò)管理SNMPDNSXDR終端仿真TELNETRPC電子郵件SMTPPOP3IMAP4網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層文件傳輸FTPSFTPTFTPNFSOSITCP/IPTCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口卡（以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)FDD54IPnetworkLayer1Layer2Layer3Layer4Layer7PhysicalLayerEthernetFDDIATMOSI/RMDataforwardingplaneControlplaneTrafficpolicing/shaping/queing/schedulingAdmissioncontrolRSVPsignalingOSPFroutingprotocolIProutingtableTCPUDPRTPICMPBestefforttrafficControlloadtrafficGuaranteedServicetraffic(1)connectioncontrol(2)routingcontrol(3)trafficcontrolIPIPnetworkLayer1Layer2Layer3La55IP層——InternetProtocolTCP/IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的核心采用無連接的方式傳輸數(shù)據(jù)包/分組；通過IP數(shù)據(jù)報和IP地址將各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)一起來，達(dá)到屏蔽低層細(xì)節(jié)，提供一致性的目的。IP層的特點(diǎn)通信子網(wǎng)的最高層；提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸機(jī)制；不保證傳輸?shù)目煽啃?；點(diǎn)到點(diǎn)。IP層——InternetProtocolTCP/IP網(wǎng)絡(luò)56IP數(shù)據(jù)報對物理幀的統(tǒng)一IP以太網(wǎng)幀ARPANET幀令牌環(huán)幀IP數(shù)據(jù)報ATM信元…IP數(shù)據(jù)報對物理幀的統(tǒng)一IP以太網(wǎng)幀ARPANET幀令牌環(huán)幀57IP地址A類E類11110D類111組播地址保留為今后使用011010網(wǎng)絡(luò)號C類B類主機(jī)號網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號0網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)號012348162431通常采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示IP地址如：40ARP與RARPIP地址A類E類11110D類111組播地址保留為今后使用058IP數(shù)據(jù)報格式版本頭標(biāo)長服務(wù)類型總長04816192431標(biāo)識符標(biāo)志片偏移生存時間協(xié)議頭標(biāo)校驗(yàn)和信源IP地址信宿IP地址IP選項(xiàng)填充域數(shù)據(jù)…IP數(shù)據(jù)報格式版本頭標(biāo)長服務(wù)類型總長048161924359IP路由選擇什么是路由選擇尋找一條將分組從信源機(jī)傳往信宿機(jī)的傳輸路徑的過程路由選擇與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系直接尋徑與間接尋徑路由選擇協(xié)議GGP（網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)協(xié)議）EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）IP路由選擇什么是路由選擇60IP路由原理發(fā)送端站目的地址在本地目的地址不在本地第一跳路由器分配有永久的IP地址,或從DHCP服務(wù)器獲得IP包第二跳路由器搜索ARP高速緩存利用路由表中下一跳路由器的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)有目的地的MAC地址沒有目的地的MAC地址路由器將此MAC地址裝進(jìn)包的報頭中，將該包送到目的端站路由器向與包的目的地址有關(guān)的子網(wǎng)廣播一個ARP請求，擁有此IP地址的端站作出響應(yīng)，把MAC地址發(fā)送回去。路由表因此更新ARP緩存，把新的MAC地址裝進(jìn)包的報頭并發(fā)送該包。路由表由RIP和OSPF不斷地被建立和再建立，每個路由器的路由表顯示了到達(dá)目的地地址的最佳路徑或最佳的下一跳路徑。IP路由原理發(fā)送端站目的地址在本地目第一跳路由器分配有永久的61傳輸層協(xié)議——TCP與UDP傳輸層的功能——端到端通信在本質(zhì)上，傳輸層的目的是加強(qiáng)和彌補(bǔ)通信子網(wǎng)服務(wù)；加強(qiáng)是對QoS而言，指提高服務(wù)的可靠性；彌補(bǔ)是對服務(wù)類型而言，傳輸層提供端到端進(jìn)程通信，而通信子網(wǎng)提供點(diǎn)到點(diǎn)通信。TCP/IP編址機(jī)制端口地址、IP地址、硬件地址域名與IP地址傳輸層協(xié)議——TCP與UDP傳輸層的功能——端到端通信62TCP與UDP比較TCP（傳輸控制協(xié)議）TCP提供面向連接的流傳輸TCP可靠性特點(diǎn)TCP連接確認(rèn)和超時重傳流量控制——滑動窗口機(jī)制擁塞控制適合一次傳送大量報文UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）UDP同IP協(xié)議一樣提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸高效率適合傳輸報文較少的交互式業(yè)務(wù)TCP與UDP比較TCP（傳輸控制協(xié)議）UDP（用戶數(shù)據(jù)63TCP/IP高層應(yīng)用客戶機(jī)/服務(wù)器模式域名服務(wù)(DNS)E-mail服務(wù)SMTP,POP3,IMAP遠(yuǎn)程登錄協(xié)議TELNET文件傳輸協(xié)議FTPWWW服務(wù)BBS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)新聞(討論組)服務(wù)USENETTCP/IP高層應(yīng)用客戶機(jī)/服務(wù)器模式64傳統(tǒng)Internet面臨的問題Internet骨干網(wǎng)的傳送容量小，帶寬資源不足。Internet地址資源短缺。路由器瓶頸尋址速度低，吞吐量不夠路由器端口數(shù)受限對實(shí)時業(yè)務(wù)支持不夠,QoS難以保證。因特網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)通信、操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件方面都存在安全問題。傳統(tǒng)Internet面臨的問題Internet骨干網(wǎng)的傳送容65IPv6更新IP的主要動機(jī)迫在眉睫的地址空間耗盡；為了提高數(shù)據(jù)報傳輸效率，需要簡化IP。IPv6的特點(diǎn)更大的地址空間（由32位擴(kuò)展到128位）；具有優(yōu)先級別控制，支持實(shí)時業(yè)務(wù)；支持資源分配；增強(qiáng)了安全保密機(jī)制，包括鑒別（認(rèn)證）報頭和用戶數(shù)據(jù)安全包封；對協(xié)議擴(kuò)展的保證。IPv6更新IP的主要動機(jī)66IPv6數(shù)據(jù)報格式版本業(yè)務(wù)流類型數(shù)據(jù)流標(biāo)識符048162431負(fù)荷長度下一個首部跳數(shù)極限信源IP地址（128位）信宿IP地址（128位）數(shù)據(jù)…IPv6數(shù)據(jù)報格式版本業(yè)務(wù)流類型數(shù)據(jù)流標(biāo)識符0481624367Internet上的實(shí)時通信技術(shù)ST-II（流協(xié)議）在源端與目的端提供一條保證帶寬的連接通道RTP/RTCP（實(shí)時傳輸協(xié)議/實(shí)時傳輸控制協(xié)議）RTP與UDP結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的傳送，但不提供保證實(shí)時傳輸或QOS的機(jī)制RSVP（資源預(yù)留協(xié)議）在IP網(wǎng)上為實(shí)時音頻、視頻實(shí)現(xiàn)帶寬預(yù)留可按不同應(yīng)用分配帶寬，并設(shè)置隊(duì)列管理NHRP（下一跳解析協(xié)議）在建立SVC時考慮特定的發(fā)送優(yōu)先級和帶寬分配IPMulticasting（IP多播技術(shù)）Diff.Serv對不同的業(yè)務(wù)根據(jù)其特點(diǎn)提供不同等級、不同性能的服務(wù)Internet上的實(shí)時通信技術(shù)ST-II（流協(xié)議）68IP傳送技術(shù)IPSDLHDLCATMGigabitEthernetSONET/SDHCellPLDWDMIP傳送技術(shù)IPSDLHDLCATMGigabitSONET69IPoverATM利用ATM端口速率高、吞吐量大、時延小、面向連接等特點(diǎn)，保證服務(wù)質(zhì)量和可靠性，滿足實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)的要求。重疊技術(shù)集成技術(shù)光層SDH層ATM層IP電話圖像數(shù)據(jù)IPoverATM利用ATM端口速率高、吞吐量大、時延小70HistoryforIPoverATMATMForumIETF1995NextHopResolutionProtocol(NHRP):IProutingshortcutClassicalIPoverATM(IPOA):IProutingserviceIpsilon:IPSwitchToshiba:CellSwitchRouter(CSR)Cisco:TagSwitchIBM:AggregateRoute-BasedIPSwitching(ARIS)Multi-protocolLabelSwitching(MPLS)extensionMulti-protocolLabelSwitching(MPLS)basicsLANEmulation(LANE):MacbridgingserviceMulti-protocoloverATM(MPOA):Macbridge&IProutingservicePNNIAugmentedRouting(PAR):IP/ATMintegratedrouting19961997199819992000HistoryforIPoverATMATMFor71重疊技術(shù)重疊模式采用ITU-T或ATM論壇的標(biāo)準(zhǔn)信令，IP和ATM各自定義自己的地址和路由協(xié)議。ATM端系統(tǒng)使用IP地址和ATM地址兩者標(biāo)識，以及地址解析協(xié)議（ARP）。網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置服務(wù)器完成ATM地址和IP地址的映射。在發(fā)送端用戶得到接收端用戶的ATM地址后，建立ATMSVC連接并在其上傳送LAN數(shù)據(jù)包。其優(yōu)點(diǎn)是與標(biāo)準(zhǔn)的ATM兼容,有利于B-ISDN發(fā)展。缺點(diǎn)是造成重復(fù)的地址和路由協(xié)議，IP傳輸?shù)男瘦^低。典型例子CIPOA（IETF）LANEMPOA（ATM論壇）重疊技術(shù)重疊模式采用ITU-T或ATM論壇的標(biāo)準(zhǔn)信令，IP和72集成技術(shù)集成模式將ATM看作IP層的對等層，ATM端系統(tǒng)只需分配IP地址，在建立連接時使用非標(biāo)準(zhǔn)的ATM信令，僅利用了ATM信元交換的基本功能。ATM交換機(jī)變成了多協(xié)議的路由器。其優(yōu)點(diǎn)是不需要IP與ATM的地址解析，傳送IP的效率較高；缺點(diǎn)是與標(biāo)準(zhǔn)ATM融合困難。典型例子IPSwitching（Ipsilon公司）TagSwitching（Cisco公司）IPNavigator（Cascade公司）MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換，IETF）集成技術(shù)集成模式將ATM看作IP層的對等層，ATM端系統(tǒng)只需73ClassicalIPoverATMRFC1483ExampleRoutingTablemapsfinaldestinationtonexthopnetworkaddressAddressResolutionTablemapsnext-hopnetworkaddresstoATMaddresssetupmanuallybynetworkadministratorSignalingcreatesATMVCbetweenroutersATMNetworkDA-5RoutingTableAddressResolutionTable138.20.10.XClassicalIPoverATMRFC148374IPoverSDHIP數(shù)據(jù)包通過采用PPP協(xié)議映射到SDH幀結(jié)構(gòu)中，按STM-N速率傳輸。這樣可以在骨干網(wǎng)上快速傳輸多媒體業(yè)務(wù)，有效利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PPPOverSDHPPP：點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PacketoverSDH（POS）兩步映射光路層SDH層PPP/HDLCIP電話圖像數(shù)據(jù)IPoverSDHIP數(shù)據(jù)包通過采用PPP協(xié)議映射到SD75WRI提出IPoverSDH標(biāo)準(zhǔn)IPLAPSProtocolSDH/SONET系統(tǒng)開銷遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的IPoverSDH/SONET在IPoverSDH/SONET全程范圍內(nèi)支持QoS和Priority同時支持IPv4和IPv6特點(diǎn)：WRI提出IPoverSDH標(biāo)準(zhǔn)IPLAPSProto76路由與交換路由與交換的區(qū)別路由器是第三層設(shè)備，處理封包速度很慢，但在隔阻廣播風(fēng)暴方面相當(dāng)有效；第二層的交換機(jī)只在MAC層處理數(shù)據(jù)包，速度快，但易造成廣播風(fēng)暴。第三層交換機(jī)是一種綜合交換機(jī)速度和路由器流量控制功能于一體的新的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。高層交換機(jī)？——負(fù)載均衡

第3層路由第2層交換第3層交換路由與交換路由與交換的區(qū)別第3層路由第2層交換第3層交換77三層交換技術(shù)的共同點(diǎn)三層交換技術(shù)旨在將IP路由技術(shù)和ATM交換技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)兩者間的優(yōu)勢互補(bǔ)。其基本實(shí)現(xiàn)方法均是將IP路由器的軟件路由能力與ATM標(biāo)記交換的轉(zhuǎn)發(fā)性能相結(jié)合，設(shè)計(jì)高速三層交換機(jī)。對于多層交換機(jī)的控制部分，多層交換技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議（如：OSPF，IS－IS和BGP－4）和各自的標(biāo)記綁定機(jī)制；對于多層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)部分，多層交換技術(shù)采用傳統(tǒng)的ATM硬件交換和標(biāo)記交換技術(shù)（Labelswapping）來轉(zhuǎn)發(fā)信元。

三層交換技術(shù)的共同點(diǎn)三層交換技術(shù)旨在將IP路由技術(shù)和ATM交78三層交換技術(shù)的不同點(diǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動方式Nokia/Ipsilon的IP交換東芝的CSR優(yōu)點(diǎn)：是只有在數(shù)據(jù)流到達(dá)時才創(chuàng)建標(biāo)記綁定限制：要求交換機(jī)必須有高性能的分組分類能力，從而能夠高速地識別數(shù)據(jù)流。另一方面，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動方式使標(biāo)記綁定工作量正比于所到達(dá)的數(shù)據(jù)流，這樣大量的短數(shù)據(jù)流會增加交換機(jī)的負(fù)擔(dān)。控制驅(qū)動方式標(biāo)記交換、IBM的ARIS和Ascend/Cascade/Lucent的IP導(dǎo)航器減少分組轉(zhuǎn)發(fā)帶來的延時；標(biāo)記的分配和發(fā)送工作量要少于數(shù)據(jù)驅(qū)動方式；控制驅(qū)動方式的擴(kuò)展性要優(yōu)于數(shù)據(jù)驅(qū)動方式。三層交換技術(shù)的不同點(diǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動方式79IPSwitching路由器IP路由軟件一跳接一跳路由路由器IP路由軟件IP交換機(jī)IP路由軟件一跳接一跳路由+直接路由IP交換機(jī)IP路由軟件ATM交換矩陣ATM交換矩陣多媒體業(yè)務(wù)IPSwitching路由器IP路由軟件一跳接一跳路由路由80MPLSMPLS：多協(xié)議標(biāo)記交換，屬于第三層交換技術(shù)，引入了基于標(biāo)記的機(jī)制，它把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器（LER）組成。Layer3intelligenceRoutingscalabilityReliableredundantpathsTransitpolicyLabelSwitchMulti-GbpsbandwidthCongestioncontrolQualityofserviceMultimediaMPLSMPLS：多協(xié)議標(biāo)記交換，屬于第三層交換技術(shù)，引入了81不同技術(shù)頭