《现代通信网》课件04第4章IP网络.pptx

1、第第4 4章章 IPIP网络网络4.1 IP4.1 IP网络基本概念网络基本概念4.2 TCP/IP4.2 TCP/IP参考模型参考模型4.3 4.3 局域网局域网4.4 4.4 宽带宽带IPIP城域网城域网4.5 4.5 路由器技术与路由选择协议路由器技术与路由选择协议4.14.1 IPIP网络基本概念网络基本概念一、一、IPIP网络的概念网络的概念 P63P631.1.IPIP网络的概念网络的概念InternetInternet是由世界范围内众多计算机网络（包括各种局域是由世界范围内众多计算机网络（包括各种局域网、城域网和广域网）通过路由器和通信线路连接汇合而网、城域网和广域网）通过路由器

2、和通信线路连接汇合而成的一个网络集合体，它是全球最大的、开放的计算机互成的一个网络集合体，它是全球最大的、开放的计算机互联网。互联网意味着全世界采用统一的网络互连协议，即联网。互联网意味着全世界采用统一的网络互连协议，即采用采用TCP/IPTCP/IP协议的计算机都能互相通信，所以说，协议的计算机都能互相通信，所以说，InternetInternet是基于是基于TCP/IPTCP/IP协议的网间网，也称为协议的网间网，也称为IPIP网络。网络。目前目前IPIP网络已经向宽带方向发展，即发展为宽带网络已经向宽带方向发展，即发展为宽带IPIP网络。网络。4.14.1 IPIP网络基本概念网络基本概

3、念一、一、IPIP网络的概念网络的概念 P63P632.2.宽带宽带IPIP网络的概念网络的概念所谓宽带所谓宽带IPIP网络是指网络是指InternetInternet的交换设备和路由设备、中的交换设备和路由设备、中继通信线路、用户接入设备和用户终端设备都是宽带的，继通信线路、用户接入设备和用户终端设备都是宽带的，通常中继线上传信速率为几至几十通常中继线上传信速率为几至几十Gbit/sGbit/s，用户接入速率，用户接入速率可达可达1 1100Mbit/s100Mbit/s。目前的目前的IPIP网络一般为宽带网络一般为宽带IPIP网络，简称网络，简称IPIP网络。网络。4.14.1 IPIP网

4、络基本概念网络基本概念二、二、IPIP网络的特点网络的特点 P64P64（1 1）TCP/IPTCP/IP协议是协议是IPIP网络的基础与核心。网络的基础与核心。（2 2）通过最大程度的资源共享，可以满足不同用户的需要，）通过最大程度的资源共享，可以满足不同用户的需要，IPIP网络网络的每个参与者既是信息资源的创建者，也是使用者。的每个参与者既是信息资源的创建者，也是使用者。（3 3）“开放开放”是是IPIP网络建立和发展中执行的一贯策略，对于开发者网络建立和发展中执行的一贯策略，对于开发者和用户极少限制，使它不仅拥有极其庞大的用户队伍，也拥有众多的和用户极少限制，使它不仅拥有极其庞大的用户队

5、伍，也拥有众多的开发者。开发者。（4 4）网络用户透明使用）网络用户透明使用IPIP网络，不需要了解网络底层的物理结构。网络，不需要了解网络底层的物理结构。（5 5）IPIP网络宽带化，具有宽带传输技术、宽带接入技术和高速路由网络宽带化，具有宽带传输技术、宽带接入技术和高速路由器技术。器技术。（6 6）IPIP网络将当今计算机领域网络技术、多媒体技术和超文本技术网络将当今计算机领域网络技术、多媒体技术和超文本技术等三大技术融为一体，为用户提供极为丰富的信息资源和十分友好的等三大技术融为一体，为用户提供极为丰富的信息资源和十分友好的用户操作界面。用户操作界面。4.14.1 IPIP网络基本概念网

6、络基本概念三、三、IPIP网络的关键技术网络的关键技术IPIP网络的关键技术主要包括骨干传输技术、宽带接入技术和高速路由网络的关键技术主要包括骨干传输技术、宽带接入技术和高速路由器技术。器技术。1 1骨干传输技术骨干传输技术 IPIP网络的传输技术是指网络的传输技术是指IPIP网络核心部分路由器之间的传输技术。目前网络核心部分路由器之间的传输技术。目前常用的骨干传输技术主要有常用的骨干传输技术主要有IP over ATMIP over ATM（POAPOA）、）、IP over SDH/MSTPIP over SDH/MSTP和和IP over DWDM/OTNIP over DWDM/OTN

7、等（详见第等（详见第5 5章）。章）。2 2宽带接入技术宽带接入技术IPIP网络的宽带接入技术主要有混合光纤网络的宽带接入技术主要有混合光纤/同轴电缆同轴电缆(HFC)(HFC)接入网、接入网、FTTx+LANFTTx+LAN接入网、以太网无源光网络（接入网、以太网无源光网络（EPONEPON）/吉比特无源光网络吉比特无源光网络（GPONGPON）,以及无线宽带接入网（详见第以及无线宽带接入网（详见第6 6章）。章）。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型分层模型包括各层功能和各层协议描述两方面的分层模型包括各层功能和各层协议描述两方面的内容。内容。计算机网络最早采用的是开放系

8、统互连参考模型计算机网络最早采用的是开放系统互连参考模型（OSI-RMOSI-RM），），IPIP网络也同样采用分层体系结构，网络也同样采用分层体系结构，即即TCP/IPTCP/IP参考模型。参考模型。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一、一、OSIOSI参考模型参考模型为了使不同类型的计算机为了使不同类型的计算机能互连，以便相互通信和能互连，以便相互通信和资源共享。资源共享。19841984年国际标年国际标准化组织（准化组织（ISOISO）公布了开）公布了开放系统互连参考模型放系统互连参考模型（OSI-RMOSI-RM）建议，简称）建议，简称OSIOSI参考模型。参考模型

9、。图图4-1 OSI参考模型分层结构参考模型分层结构4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型1.1.TCP/IPTCP/IP参考模型的分层参考模型的分层TCP/IPTCP/IP参考模型及与参考模型及与OSIOSI参参考模型的对应关系如图考模型的对应关系如图4-24-2所示所示图图4-2 TCP/IP参考模型及参考模型及与与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2.TCP/IPTCP/IP参考模型各层功能及协议参考模型各层功能

10、及协议（1 1）应用层）应用层为用户提供访问为用户提供访问InternetInternet的高层应用服务。的高层应用服务。应用层的协议就是一组应用高层协议，即一组应用程序，主应用层的协议就是一组应用高层协议，即一组应用程序，主要有文件传送协议（要有文件传送协议（FTPFTP）、远程终端协议（）、远程终端协议（TELNETTELNET）、简）、简单邮件传输协议（单邮件传输协议（SMTPSMTP）、超文本传送协议（）、超文本传送协议（HTTPHTTP）等等。）等等。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2.TCP/IPTCP/IP

11、参考模型各层功能及协议参考模型各层功能及协议（2 2）运输层）运输层提供应用程序间（端到端）的通信服务，提供应用程序间（端到端）的通信服务，确保源主机传送的数据正确到达目的主机。确保源主机传送的数据正确到达目的主机。运输层提供了两个协议：运输层提供了两个协议：传输控制协议（传输控制协议（TCPTCP）：负责提供高可靠的、面向连接的数据传送服务，）：负责提供高可靠的、面向连接的数据传送服务，主要用于一次传送大量报文，如文件传送等。主要用于一次传送大量报文，如文件传送等。用户数据报协议（用户数据报协议（UDPUDP）：负责提供高效率的、无连接的服务，用于一）：负责提供高效率的、无连接的服务，用于一

12、次传送少量的报文，如数据查询等。次传送少量的报文，如数据查询等。运输层的数据传送单位是运输层的数据传送单位是TCPTCP报文段或报文段或UDPUDP报文（统称为报文段）。报文（统称为报文段）。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2.TCP/IPTCP/IP参考模型各层功能及协议参考模型各层功能及协议（3 3）网络层）网络层提供主机间的数据传送能力，其数据传送提供主机间的数据传送能力，其数据传送单位是单位是IPIP数据报。数据报。网络层的核心协议是网络层的核心协议是IPIP协议，它提供的是不可靠、无连接的协议，它提供的是不可靠

13、、无连接的IPIP数据报传送服务。数据报传送服务。网络层的辅助协议是协助网络层的辅助协议是协助IPIP协议更好地完成数据报传送，主协议更好地完成数据报传送，主要有：要有：ARPARP、RARPRARP、ICMPICMP等。等。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2.TCP/IPTCP/IP参考模型各层功能及协议参考模型各层功能及协议（4 4）网络接口层）网络接口层网络接口层的数据传送单位是物理网络帧网络接口层的数据传送单位是物理网络帧（简称物理帧或帧）。（简称物理帧或帧）。网络接口层没有规定具体的协议。网络接口层没有规定具体

14、的协议。4.24.2 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型二、二、TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.2.TCP/IPTCP/IP参考模型各层功能及协议参考模型各层功能及协议需注意的要点：需注意的要点：TCP/IPTCP/IP是一个协议集，是一个协议集，IPIP和和TCPTCP是其中两个重要的协议。是其中两个重要的协议。严格地说，应用程序并不是严格地说，应用程序并不是TCP/IPTCP/IP的一部分，用户可以的一部分，用户可以在运输层之上，建立自己的专用程序。但设计使用这些在运输层之上，建立自己的专用程序。但设计使用这些专用应用程序要用到专用应用程序要用到TCP/IPTCP/IP，

15、所以将它们作为，所以将它们作为TCP/IPTCP/IP的的内容，其实它们不属于内容，其实它们不属于TCP/IPTCP/IP。一般将网络层协议采用一般将网络层协议采用IPIP的通信网称为基于的通信网称为基于IPIP的通信网，的通信网，包括以太网、宽带包括以太网、宽带IPIP城域网等。城域网等。4.34.3 局域网局域网一、传统以太网一、传统以太网 P69P691.1.传统以太网的概念传统以太网的概念以太网是基于以太网是基于IPIP的通信网。传统以太网属于共享式局域网，的通信网。传统以太网属于共享式局域网，介质访问控制方法采用的是载波监听和冲突检测介质访问控制方法采用的是载波监听和冲突检测(CSM

16、A/CD)(CSMA/CD)技术。技术。CSMACSMA代表载波监听多路访问，它是代表载波监听多路访问，它是“先听后发先听后发”；CDCD表示冲突检测，即表示冲突检测，即“边发边听边发边听”。4.34.3 局域网局域网一、传统以太网一、传统以太网2.2.以太网标准以太网标准局域网参考模型如图局域网参考模型如图4-34-3所示：所示：4.34.3 局域网局域网一、传统以太网一、传统以太网3.3.10BASE-T10BASE-T以太网以太网传统以太网具体包括四种：传统以太网具体包括四种：10 BASE 510 BASE 5（粗缆以太网）、（粗缆以太网）、10 10 BA5E 2BA5E 2（细缆以

17、太网）、（细缆以太网）、10 BASE-T10 BASE-T（双绞线以太网）和（双绞线以太网）和10BASE-F10BASE-F（光缆以太网），其中（光缆以太网），其中10 BASE-T10 BASE-T以太网应用最为以太网应用最为广泛。广泛。10BASE-T10BASE-T使用两对非屏蔽双绞线，一对线发送数据，另一使用两对非屏蔽双绞线，一对线发送数据，另一对线接收数据；采用一般集线器连接的以太网物理上是星对线接收数据；采用一般集线器连接的以太网物理上是星形拓扑结构，但从逻辑上看是一个总线形网，各工作站仍形拓扑结构，但从逻辑上看是一个总线形网，各工作站仍然竞争使用总线。然竞争使用总线。4.34

18、.3 局域网局域网二、高速以太网二、高速以太网一般称速率大于等于一般称速率大于等于100Mbit/s100Mbit/s的以太网为高速以的以太网为高速以太网，目前应用的有太网，目前应用的有100BASE-T100BASE-T快速以太网、千兆快速以太网、千兆位以太网和位以太网和10Gbit/s10Gbit/s以太网等。以太网等。19951995年年IEEEIEEE正式通过快速以太网正式通过快速以太网/100 BASE-T/100 BASE-T标准，即标准，即IEEE 802.3uIEEE 802.3u标准。标准。19981998年年IEEE 802.3zIEEE 802.3z标准正式成为千兆位以太

19、网标准。标准正式成为千兆位以太网标准。19991999年年IEEEIEEE开始研究和制定开始研究和制定10Gbit/s10Gbit/s以太网的标准，正式以太网的标准，正式标准是标准是802.3ae802.3ae。4.34.3 局域网局域网三、交换式以太网三、交换式以太网1.1.交换式以太网的基本概念交换式以太网的基本概念对于共享式以太网，其介质的容量（数据传输能对于共享式以太网，其介质的容量（数据传输能力）被网上的各个站点共享。力）被网上的各个站点共享。而交换式以太网是所有站点都连接到一个以太网而交换式以太网是所有站点都连接到一个以太网交换机上，各站点独享带宽。交换机上，各站点独享带宽。交换式

20、局域网的主要功能有：隔离冲突域、扩展交换式局域网的主要功能有：隔离冲突域、扩展距离、增加总容量和数据率灵活性。距离、增加总容量和数据率灵活性。4.34.3 局域网局域网三、交换式以太网三、交换式以太网2.2.以太网交换机的分类以太网交换机的分类以太网交换机按所执行的功能不同，可以分成两以太网交换机按所执行的功能不同，可以分成两种：种：二层交换二层交换具有网桥功能，根据具有网桥功能，根据MACMAC地址转发数据，交地址转发数据，交换速度快，但控制功能弱，没有路由选择功能。换速度快，但控制功能弱，没有路由选择功能。三层交换三层交换具备路由功能，根据具备路由功能，根据IPIP地址转发数据，具地址转发

21、数据，具有路由选择功能。三层交换是二层交换与路由功能的有机有路由选择功能。三层交换是二层交换与路由功能的有机组合。组合。4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网一、宽带一、宽带IPIP城域网基本概念城域网基本概念1.1.宽带宽带IPIP城域网的概念城域网的概念城域网：是指介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范城域网：是指介于广域网和局域网之间，在城市及郊区范围内实现信息传输与交换的一种网络。围内实现信息传输与交换的一种网络。IPIP城域网：是电信运营商或城域网：是电信运营商或InternetInternet服务提供商服务提供商(ISP)(ISP)在城在城域范围内建设的城市域范围内建设的城市I

22、PIP骨干网络。骨干网络。宽带宽带IPIP城域网：是集数据、语音、视频服务为一体的高带城域网：是集数据、语音、视频服务为一体的高带宽、多功能、多业务接入的城域多媒体通信网络宽、多功能、多业务接入的城域多媒体通信网络。4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网一、宽带一、宽带IPIP城域网基本概念城域网基本概念2.2.宽带宽带IPIP城域网的特点城域网的特点（1 1）技术多样，采用）技术多样，采用IPIP作为核心技术作为核心技术（2 2）基于宽带技术）基于宽带技术（3 3）接入技术多样化、接入方式灵活）接入技术多样化、接入方式灵活（4 4）覆盖面广）覆盖面广（5 5）强调业务功能和服务质量）强调

23、业务功能和服务质量（6 6）投资量大）投资量大4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网二、宽带二、宽带IPIP城域网的分层结构城域网的分层结构一般分为三层：核心层、汇聚层和接入层。一般分为三层：核心层、汇聚层和接入层。4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网二、宽带二、宽带IPIP城域网的分层结构城域网的分层结构1.1.核心层核心层作用：主要是负责进行数据的快速转发以及整个城域网路作用：主要是负责进行数据的快速转发以及整个城域网路由表的维护，同时实现与由表的维护，同时实现与IPIP广域骨干网的互联，提供城市广域骨干网的互联，提供城市的高速的高速IPIP数据出口。数据出口。核心层的设备一般采

24、用高端路由器，网络结构采用网状或核心层的设备一般采用高端路由器，网络结构采用网状或半网状连接。半网状连接。4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网二、宽带二、宽带IPIP城域网的分层结构城域网的分层结构2.2.汇聚层汇聚层作用：汇聚接入节点；实现接入用户的可管理性，提供用作用：汇聚接入节点；实现接入用户的可管理性，提供用户流量控制及其他策略管理功能；提供必要的服务层面的户流量控制及其他策略管理功能；提供必要的服务层面的功能，包括带宽的控制、数据流功能，包括带宽的控制、数据流QOSQOS优先级的管理、安全优先级的管理、安全性的控制、性的控制、IPIP地址翻译地址翻译NATNAT等功能。等功能。

25、汇聚层的典型设备有高中端路由器、三层交换机以及宽带汇聚层的典型设备有高中端路由器、三层交换机以及宽带接入服务器等。核心层节点与汇聚层节点采用星形连接。接入服务器等。核心层节点与汇聚层节点采用星形连接。4.44.4 宽带宽带IPIP城域网城域网二、宽带二、宽带IPIP城域网的分层结构城域网的分层结构3.3.接入层接入层作用：负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用作用：负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。户流量控制功能。4.54.5 路由选择协议路由选择协议1.1.路由选择算法概述路由选择算法概述概念：概念：即路由选择的方法或策略。即路由选择的方法或策略。分类（根据是

26、否随网络状态自适应的调整）：分类（根据是否随网络状态自适应的调整）：静态路由选择算法静态路由选择算法 动态路由选择算法动态路由选择算法 分布式分布式 集中式集中式4.54.5 路由选择协议路由选择协议1.1.路由选择算法概述路由选择算法概述自治系统（自治系统（AS=Autonomy SystemAS=Autonomy System）：）：将整个因特网划分为许多较小的区域，根据情况不同将整个因特网划分为许多较小的区域，根据情况不同可以采用不同的路由协议。可以采用不同的路由协议。分类：分类：内部网关协议内部网关协议IGP(Interior Gateway ProtocolIGP(Interior

27、Gateway Protocol）外部网关协议外部网关协议EGP(Exterior Gateway ProtocolEGP(Exterior Gateway Protocol）4.54.5 路由选择协议路由选择协议2.2.内部网关协议内部网关协议RIPRIPRIPRIP（路由信息协议）的概念：（路由信息协议）的概念：Routing Information ProtocolRouting Information Protocol 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，要求是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，要求网络中的每一个路由器都要维护从自己导其他每一个目的网络中的每一个路由器都要维

28、护从自己导其他每一个目的网络的最短距离记录。网络的最短距离记录。适合规模较小的网络。适合规模较小的网络。4.54.5 路由选择协议路由选择协议3.3.内部网关协议内部网关协议OSPFOSPFOSPFOSPF（开放最短路径优先）的概念：（开放最短路径优先）的概念：Open Shortest Path FirstOpen Shortest Path First 分布式的链路状态协议。分布式的链路状态协议。通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个数据库，生成最短路径树，每个OSPFOSPF路由器使用这些最短路由器使用这些最短路径构造路由表。路径构造路由表。适合规模较大的网络适合规模较大的网络4.54.5 路由选择协议路由选择协议4.4.外部网关协议外部网关协议BGPBGPBGPBGP（边界网关协议）的概念：（边界网关协议）的概念：Border Gateway protocol Border Gateway protocol 是一种路径向量路由选择协议。是一种路径向量路由选择协议。只是力求寻找一条能够到底目的网络且比较好的路由，只是力求寻找一条能够到底目的网络且比较好的路由，而并非一定是最佳路由。而并非一定是最佳路由。最常用的外部网关协议。最常用的外部网关协议。