2014-2015网络通信原理_7IP网技术1

网络通信原理（七）2014级研究生课程2020年1月1SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术2020年1月2SCUTDT&PLabsCopyrightTCP/IP协议IP网的QoS技术移动IPIPv6技术华南理工大学2020年1月3SCUTDT&PLabsCopyright7.1TCP/IP协议2020年1月4SCUTDT&PLabsCopyright华南理工大学2020年1月5SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术互联网互联网是由通信网络(通信云)与信息资源库(信息云)构成的系统华南理工大学2020年1月6SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术互联网互联网的两大技术体系：TCP/IP协议IEEE802协议华南理工大学2020年1月7SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术OSI网络模型与TCP/IP协议栈层次结构应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层(FTP,TELNET,DNS,SNMP,SMTP...)传输层(TCP、UDP)网络层(IP,ARP,RARP...)网络接口层(802.XX,ATM...)TCP/IP协议栈OSI网络模型华南理工大学2020年1月8SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP网的编址方式(1)典型的IP地址结构(2)经典的IP地址分类NetIDHostIDNetIDHostIDNetIDHostIDNetIDHostIDMulticastIDReservationA类B类C类D类E类0Byte1Byte2Byte3Byte41011011101111华南理工大学2020年1月9SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP网的子网与超网(1)IP的子网：利用掩码，对A、B和C类网络进行划分，得到的规模较小的网络，就成其为子网。将C类网划分为4个子网的示例：将规模较小的网络对外组合为超网有利于屏蔽网络内部的细节，对网络实现更好的安全管理等。NetIDHostID1100000001111111111111111111111111111HostID110…………………………………………………………01HostID110…………………………………………………………00HostID110…………………………………………………………11HostID110…………………………………………………………10华南理工大学2020年1月10SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP网的子网与超网(2)IP的超网：将连续网络编号的C类网络组合构成规模较大的网络，就构成所谓的超网。将4个C类网络组合构成超网的示例：将网络划分为多个子网后，通常绝对的地址数会减少。网络数目的增加会使得地址空间得到更好的利用。NetIDHostID110000…………NetIDHostID110001…………NetIDHostID110010…………NetIDHostID110111…………………………NetIDHostID110…………11111111111111111111100000000000超网掩码华南理工大学2020年1月11SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP网的报文格式生存时间（TTL）协议号（Protocol）校验和（Checksum）源IP地址（SourceIPAddress）目的IP地址（DestinationIPAddress）标识（Identification）标志（Flag）分片偏移量（FragmentationOffset）版本号(Version)报头长度（HLEN）服务类型（TOS）总长度（TotalLength）报头选项（Option）数据（Data）华南理工大学2020年1月12SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP的地址解析协议地址解析：全局的IP地址与局部的MAC地址/硬件地址间的映射。IP报文在传输过程中经历不同类型网络时的映射示例：R1ATM网络R2LAN2LAN1SD路由器LAN1数据帧ATM信元ATM信元LAN2数据帧IP地址àLANMAC地址路由器源主机目的主机IP地址àLANMAC地址IP地址àATM地址华南理工大学2020年1月13SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层IP的地址解析协议(1)地址解析协议(ARP)：主要解决IP地址在局域网中与MAC地址的映射问题。ARP的工作过程示意图：华南理工大学2020年1月14SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层ARP报文与ARP帧的结构：硬件(地址)长度(HLEN)协议(地址)长度(PLEN)操作(OPER)：请求-“1”/应答-“2”源主机MAC地址（SourceMACAddress）源主机IP地址（SourceIPAddress）（局域网）硬件类型（HTYPE）协议类型（PTYPE）目的主机MAC地址（SourceMACAddress）：对请求报文，该字段置0。目的主机IP地址（DestinationIPAddress）（a）ARP报文结构同步字符广播/目的MAC地址源MAC地址类型ARP报文CRC8字节6字节6字节2字节4字节（b）ARP帧结构华南理工大学2020年1月15SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层（a）如果目的主机与源主机在同一IP子网内，目的主机会作出响应，返回包含自身MAC地址与IP地址的应答帧，根据该应答帧，源主机即可直接获得目的主机的MAC地址；（b）如果目的主机与源主机在不在同一IP子网内，发送报文的源主机可以根据自己NetID与报文的目的主机NetID的差异，直接向缺省的网关（路由器）发送ARP请求，以获取所要找的网关（路由器）的MAC地址。每个子网中的其他主机，都可在此过程中获得子网内相应的特定IP地址与其对应的MAC地址相关信息，并这些信息存放在自身的地址缓存列表内。地址缓存列表内的地址信息会定期的更新，过时没有被刷新的信息将被丢弃。华南理工大学2020年1月16SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层反向地址解析协议（RARP）当无盘工作站启动时，在LAN可内利用MAC广播地址发送RARP请求报文，网中的RARP服务区会作出响应，将IP地址等工作站入网所需的信息返回给该工作站，工作站利用这些信息即可实现上网的功能。RARP协议工作过程华南理工大学2020年1月17SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术TCP/IP协议的网络层RARP报文与RARP帧的结构：硬件(地址)长度(HLEN)协议(地址)长度(PLEN)操作(OPER)：请求-“3”/应答-“4”工作站MAC地址（WorkStationMACAddress）工作站IP地址（WorkStationIPAddress）（该地址域在应答报文中方有意义）（局域网）硬件类型（HTYPE）协议类型（PTYPE）RARP服务器MAC地址（RARPServweMACAddress）（该地址域在应答报文中方有意义）RARP服务器IP地址（RARPServweIPAddress）（该地址域在应答报文中方有意义）（a）RARP报文结构同步字符广播/目的MAC地址源MAC地址类型ARP报文CRC8字节6字节6字节2字节4字节（b）RARP帧结构华南理工大学2020年1月18SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择TCP/IP协议是整个互联网的工作规程，该协议保证了IP报文在由大量网络组成的网络系统中，从报文发出的源端主机正确地传递到目的主机。IP报文在传输过程中，通常要穿越多个网络或网络系统，这些网络或网络系统还可能属于不同的管辖机构。IP网在其网络层的意义上是一种非面向连接的网络，网络本身并没有一个负责建立固定传输通道的信令系统，每个IP报文在网络中是独立传输的。要保证报文的正确传输，需要解决最基本的两个问题：IP报文的寻址问题系统的维护问题华南理工大学2020年1月19SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（1）IP网的基本结构:自治系统1华南理工大学2020年1月20SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（1）IP网的基本结构:自治系统2华南理工大学2020年1月21SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（1）IP网的基本结构:自治系统互连构成的网络系统华南理工大学2020年1月22SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择IP的子网：网络内所有的设备间均为一跳可达，无需选路，也没有路由的概念。IP子网示例华南理工大学2020年1月23SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择路由器：IP报文在网间的传递由路由器来完成。专用路由器的基本结构输入缓冲接口K输入缓冲接口2输入缓冲接口1交换单元输入缓冲接口K输入缓冲接口2输入缓冲接口1路由表路由协议接收路由信息发送路由信息路由信息数据库操作系统华南理工大学2020年1月24SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择路由表：路由表是一张根据到达IP报文中的地址确定该报文应通过路由器的哪一个端口转发的查找表。不同路由协议的路由表中包含的内容可能会有一定的差异，但通常都包括了目的地址和下一跳出口的端口IP地址（或端口编号）或者下一跳路由器的IP地址。路由表的示例目的网络代价(跳数)下一跳其他信息166.8.0.08169.33.234.254112.0.0.05198.310.44.68113.0.0.06198.310.44.68199.36.0.09202.112.18.199Default218.97.133.231华南理工大学2020年1月25SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择路由表的示例(续)目的网络：IP报文期待到达的网络编号；代价是到达该目的网络开销的某种度量值，例如跳数；下一跳：到达目的网络本路由器的下一个路由器的IP地址；其他信息一栏则可以放置选路时需要考虑的因素或者条件；缺省项：所有到达路由器的IP报文在没有找到确切的目的网络选项时，也可获得下一跳的转发地址；通常缺省项指向的是网络结构上更高一级的路由器地址。华南理工大学2020年1月26SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择（a）静态路由法，静态路由法通过人工在路由器中设定报文转发的路由表来实现。静态路由法的特点：简单没有额外的路由信息交互的开销不能根据网络状态的变化自动调整路由表（b）动态路由法，动态路由法是路由器间通过定期或者不定期地交换网络的状态信息。路由选择标准协议的两种典型的算法：路由选择信息协议（RIP）最短路径优先协议（OSPF）华南理工大学2020年1月27SCUTDT&PLabsCopyright7.IP网技术IP的报文传输与路由选择（2）传输路径与路由选择（a）静态路由法，静态路由法通过人工在路由器中设定报文转发的路由表来实现。静态路由法的特点：简单没有额外的路由信息交互的开销不能根据网络状态的变化自动调整路由表（b）动态路由法，动态路由法是路由器间通过定期或者不定期地交换网络的状态信息。路由选择标准协议的两种典型的算法：