IP网络技术概述课件.ppt

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedInternal DC120001 IP网络技术概述ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 2数据通信业务广泛，如宽带上网、路由交换、黑客攻击、病毒、加密、认证都属于数据通信的范畴。可以说数据通信网络已经成为人们生活不可缺少的一部分，就象空气和水一样重要。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 3推荐参考书目lTCPIP协议详解卷一：协议lRouting T

2、CP-IP,Volume I lRouting TCP-IP,Volume IIHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 4学习完此课程，您将会：掌握数据通信网络的特点掌握IP网络的基本原理掌握IP网络的结构和分类了解IP网络发展的趋势HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 5第第2章章 IP网络的基本原理网络的基本原理第第3章章 IP网络的结构网络的结构第第4章章 IP网络的发展趋势网络的发展趋势HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All righ

3、ts reservedPage 6什么是数据通信？l数据通信数据通信是计算机与计算机或计算机与终端之间的通信。是将快速传输数据的通信技术和数据处理、加工及存储的计算机技术相结合，从而给用户提供及时准确的数据。接口 接口 数 据电 路终 接设备 数 据电 路终 接设备 传输信道 数据终端设备 数 据输 入输 出设备 通信控制器 通信控制器 中央处理机 计算机系统 HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 7数据通信网络SOHOServerIP HotelIntranet移动移动l数据通信网络特点：连接不同地域的数据通信终端设备实现了资

4、源的共享信息处理的集中化HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 8第第1章章 什么是数据通信什么是数据通信第第3章章 IP网络的结构网络的结构第第4章章 IP网络的发展趋势网络的发展趋势HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 9数据通信协议基础lOSI RM：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model）。lTCP/IP协议族网络世界的法律网络世界的法律!HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,L

5、TD.All rights reservedPage 10TCP/IP协议和OSI参考模型lTCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。7654321OSI参考模型参考模型TCP/IP应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层54321数据通信主要数据通信主要工作在下三工作在下三层层HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 11数据通信工作的主要分层物理层l物理层功能：定义了电压、接口、电

6、缆标准、传输距离传输比特流定义了传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、无线电波等l物理层主要设备：集线器集线器HUB中继器RepeaterTCP/IP应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层54321HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 12物理层工作原理应用层表示层会话层传输层网络层链路层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层H ub物理层HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 13CSMA/CD和冲突域lCSMA/CD载波

7、侦听多路访问/冲突检测，是一种在共享介质条件下多点通讯的有效手段，其基本规则如下：（1）若介质空闲，传输；否则，转2）；（2）若介质忙，一直监听到信道空闲，然后立即传输；（3）若在传输中测得冲突，则发出一个短小的人为干扰（jamming）信号，使得所有站点都知道发生了冲突并停止传输；（4）发完人为干扰信号，等待一段随机的时间后，再次试图传 输，回到（1）重新开始。l物理网段（冲突域）：连接在同一导线上所有工作站的集合。连接的节点越多，发生冲突的可能性就越大。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 14数据通信工作的主要分层数据链路

8、层l数据链路层功能：物理地址（MAC）定义链路参数、流控参数定义差错验证l数据链路层主要设备：以太网交换机（以太网交换机（L2）网桥（Bridge）TCP/IP应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层54321HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 15物理地址（MAC）介绍l每一台设备都需要一个全球唯一的物理地址来表征。lMAC地址由48个二进制位组成，其中前24位代表设备制造商，后24位由各个厂商自行分配。00e0.fc01.2345厂商编号厂商编号序列号序列号24 bits24 bits00e0.

9、fc01.2345RomRamHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 16二层数据转发原理l查找二层转发表（MAC地址表），根据目的MAC地址转发l源MAC地址学习DMAC:0010-1234-5678SMAC:0020-3456-7892MAC Port0010-1234-5678 E00020-3456-7892 E1E0E1MAC Port0010-1234-5678 E00020-3456-7892 E1E1DMAC:0010-1234-5678SMAC:0020-3456-7892E0DMAC:0010-1234-567

10、8SMAC:0020-3456-7892HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 17二层交换的优缺点l以太网交换机采用每个端口一个冲突域，减少了冲突发生的可能性。l二层交换同时也存在一些问题；广播泛滥，网络性能易受影响网络安全性较差HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 18VLAN（Virtual Local Area Network）lVLAN虚拟局域网把物理网络划分成多个逻辑网络，使用不同的VLAN ID表示。lVLAN的标准：802.1Q，IEEE于1996

11、制定HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 19链路类型lVLAN链路类型：Access链路，传送不带Tag的数据帧，设备和用户间的链路Trunk链路，传送Tag数据帧，设备间的链路HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 20VLAN的功能lVLAN虚拟局域网把物理网络划分成多个逻辑网络，使用不同的VLAN ID表示。l相同VLAN内主机可以任意通信二层交换l不同VLAN内主机二层流量完全隔离阻断广播包，减小广播域提供了网络安全性l提供二层服务质量QoS的保证HUAW

12、EI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 21虚拟工作组l虚拟工作组可以把物理网络划分成多个逻辑的网络，增强移动性和灵活性的需求。l使用VLAN的另一个目的就是建立虚拟工作组模型。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 22VLAN不足lVLAN技术的引入，解决了传统以太网弊端广播泛滥、网络安全性差等弊端，但是VLAN也存在一些不足：不同VLAN用户无法互访广播报文可以跨设备传递HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPag

13、e 23数据通信工作的主要分层网络层l网络层功能：定义网络层地址寻址和转发l网络层主要设备：路由器路由器L3以太网交换机以太网交换机l网络层协议：IP协议（IP网络）IPX协议（Novell网络）TCP/IP应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层54321HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 24IP地址lIP地址唯一标示一台网络设备，由32个二进制位组成。lIP地址结构分为两部分网络地址部分主机地址部分lIP地址功能上分为：公网地址私网地址 10.0.0.010.255.255.255 172.1

14、6.0.0172.31.255.255 192.168.0.0192.168.255.255HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 25IP地址分类01 011 01 1 1 01 1 1 1 0Network(7bit)Network(14bit)Network(21bit)组 播 地 址保 留Host(24bit)Host(16bit)Host(8bit)A类 地 址B类 地 址C类 地 址D类 地 址E类 地 址1.0.0.0126.255.255.255 128.0.0.0191.255.255.255 192.0.0.0

15、223.255.255.255 224.0.0.0239.255.255.255240.0.0.0255.255.255.255HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 26三层数据转发原理ACDIP:10.2.0.10SIP:10.1.0.20RTARTCDIP Next-hop interface10.2.0.0/24 X.X.X.X E0E0DIP Next-hop interface10.2.0.0/24 X.X.X.X S0S0DIP:10.2.0.10SIP:10.1.0.20DIP:10.2.0.10SIP:10.1.

16、0.20l基于目的地址的转发l查找IP路由表，逐跳转发RTA Routing TableRTB Routing TableHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 27IP路由协议介绍l指导网络层寻址和转发的工具IP路由表。lIP路由表由各种路由协议发现的路由优选后产生。l路由协议主要分类：内部网关协议（IGP）：自治系统内部使用 RIP OSPF IS-IS外部网关协议（EGP）：自治系统边界使用 BGPHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 28路由协议的算法l距离

17、矢量算法（D-V）以到目的地距离（Metric）和方向作为选路依据周期性通告路由表，进行泛洪从根源上无法避免环路典型的路由协议：RIPl链路状态算法（L-S）通告本地链路状态信息采用最短生成树算法SPF，可以避免环路典型的路由协议：OSPF，IS-ISHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 29L3交换机和路由器的区别lL3交换机特点：通常采用ASIC芯片，转发速度快一次路由，多次交换，精确匹配接口单一，以太网接口为主l路由器特点高端产品采用NP或ASIC芯片，路由和转发能力强采用最长匹配接口类型丰富HUAWEI TECHNOLO

18、GIES CO.,LTD.All rights reservedPage 30精确匹配lL3交换机主要采用的方式l使用L3FDB作为转发的Cache，存放主机路由l首包在CPU查找路由表，匹配项写入L3FDBl后续报文直接查找L3FDB转发l典型的“一次路由，多次交换”网 络 地 址路 由 接 口端 口 号其 他10.111.1.8812.10.111.1.9912.10.119.6.19933.Port 1Port 2Port 3SIP:10.110.0.113DIP:10.111.1.88.DA:xx-xx-xx-xx-xx-xxSA:xx-xx-xx-xx-xx-xx.SIP:10.11

19、0.0.113DIP:10.111.1.88.DA:xx-xx-xx-xx-xx-xxSA:xx-xx-xx-xx-xx-xx.HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 31最长匹配l 路由器主要采用的方式l 所有报文查找FIB表，命中则转发l 最长匹配的核心：查找掩码长度最长的一条路由。最长也就是最精确的意思网络地址子网掩码VLAN接口其他10.111.0.0255.255.0.03.10.111.1.0255.255.255.02.10.119.0.0255.255.0.02.VLAN Intf1VLAN Intf2VLAN I

20、ntf3SIP:10.110.0.113DIP:10.111.1.88.DA:xx-xx-xx-xx-xx-xxSA:xx-xx-xx-xx-xx-xx.SIP:10.110.0.113DIP:10.111.1.88.DA:xx-xx-xx-xx-xx-xxSA:xx-xx-xx-xx-xx-xx.Interface1Interface2Interface3HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 32小结l数据通信技术实现主要在TCP/IP协议族的下三层物理层、数据链路层、网络层。l数据通信主要设备：HUB，工作在物理层，进行比特

21、流的复制L2交换机，工作在数据链路层，进行数据帧的二层交换L3交换机和路由器，工作在网络层，进行IP包的三层路由和转发HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 33第第1章章 什么是数据通信什么是数据通信第第2章章 IP网络的基本原理网络的基本原理第第4章章 IP网络的发展趋势网络的发展趋势HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 34数据通信常见网络拓扑结构l拓扑结构：总线、星型、树型环型、网型HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights

22、 reservedPage 35分层的数据通信网络结构l一个完整的数据通信网络可以大体分为：骨干网城域网接入网骨干网骨干网 城域网城域网 接入网接入网HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 36骨干网介绍l不同国家、不同省份、不同城市间互连组成的网络成为骨干网络。l骨干网络通常采用网状或半网状连接，以保证高可靠性。l骨干网主要功能特点：流量的管理调度高可靠性、可用性和安全性可扩展性和灵活性l骨干网主要设备：核心路由器骨干网的网络结构HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPag

23、e 37骨干网关键技术l服务质量（QoS）和流量工程（TE）提供差异化的服务，对高端客户提供奖赏服务实现骨干网中流量合理有效的调度，提高资源利用率l路由技术边界网关协议BGP域内路由协议OSPF、IS-ISl可靠性技术（HA）节点/链路保护：冗余备份、快速重路由、优雅重启（GR）等故障快速检测：BFD、APS、OAM等l安全性保证网络中承载业务的私密性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 38城域网介绍l城域网介于骨干网和接入网中间的部分，互连城市不同区域的网络。l城域网通常也采用分层的网络结构，组网采用星形、双星形、环形方式。

24、l城域网的主要功能特点：提供完备的QoS保证用户接入的管理和控制提供大客户互连业务l城域网主要设备：核心路由器、高端路由器、汇聚以太网交换机、BRAS产品骨干网城域网的网络结构HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 39城域网的关键技术l路由技术域内路由协议OSPF、IS-IS城域网出口使用BGPl差分的QoS服务质量保证采用DiffServ模式，提供差异化服务质量保证l用户的管理和控制设立专门的接入设备如BRAS和SR，分别接入互联网业务和大客户业务对接入用户进行接入准许控制（CAC），提高网络的管控性和安全性l提供大客户互连业

25、务采用VPN技术为企业及机构互连提供资源租用服务HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 40接入网介绍l接入网指业务接入控制点以下的二层接入网络，负责终端用户的接入。l接入网通常采用树形结构和环形结构。主要分为：二层汇聚网络最后一公里接入网络l接入网的主要特点：用户接入方式多样性用户管理的复杂性提供基本的服务质量区分接入网的网络结构HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 41接入网的关键技术l丰富的接入方式 有线方式接入（XDSL、LAN、Cable等）无线方式接入（

26、WLAN、LDMS等）l安全性控制 安全控制通常采用的方式，VLAN隔离、802.1X认证、DHCP等lQoS服务质量 提供二层网络的QoS服务质量保证 进行流分类、业务标记、流量监管、流量整形等l二层网络保护机制 链路级保护：链路聚合，接口备份等 网络级保护：RPR、RRPP、STPHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 42小结l根据分层的原则，数据通信网络可以分为骨干网、城域网、接入网三部分。l分层后的网络，各级网络功能上更加明确，管理上更加清晰。l数据通信网络中最关键的技术：强大的路由技术和快速转发技术端到端的服务质量的保

27、证网络的管控能力HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 43第第1章章 什么是数据通信什么是数据通信第第2章章 IP网络的基本原理网络的基本原理第第3章章 IP网络的结构网络的结构HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 44传统数据通信网络介绍l传统数据通信网络类型：IP网络ATM网络Frame-relay网络l交换方式：分组交换l服务提供方式：面向连接（ATM/FR等）面向无连接（IP）lIP网络以其简单、开放的特点，同时逐步完善服务质量、安全等不足后，最终将一统天

28、下，ALL IP是大势所趋。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 45传统IP网络的特点与不足l传统IP网络的特点：端到端的透明性开放性和灵活性采用客户端/服务器的模式，网络运用集中在中心，流量呈放射状分布l传统IP网络的不足：IP地址资源已显匮乏，急需扩展缺乏电信级的端到端服务质量保证自我管理，无为而治的管理方式，不符合电信级管理模式无法提供网络级的管控能力安全保证还不完善HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 46下一代IP网路发展方向l下一代IP网络NGI（N

29、ext Generation Internet）发展方向：基于IPv6技术为基础，满足3G/移动IP/信息化家电等新运用的需求。IP电信网（IPTN），在传统IP网络中逐步融合电信网络的理念，成为3G/NGN/IPTV等多业务承载网。多业务IP承载网IP RANIP互联网IP城域网HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 47IPTN网络的转型ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWireless VoiceWireless DataHi

30、gh SpeedInternet VoiceStreamingDial-upVoIPMessageTodayWirelessDSLFTTP/HFC3GRANIP/MPLSNetworkLocation&PresenceMessageOnline GamingVoiceDataVideoStorageDirectoryTomorrowlFMC（固定网和移动网）融合已成为网络发展必然的趋势，IP网络也将从单一的互联网业务承载逐步成为电信级的多业务IP承载网。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedPage 48lIP网络作为一个多业务承载网需要具备：开放性和透明性服务质量保证网络管控能力可扩展性谢谢