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1、第7章 光互联网7.1 互联网的概念 1. 互联网的起源2. 网络、互联网和因特网3. 全光网络互联4. 光互联网中的IP传送技术 7.2 IPv4 1. IPv4的地址 2. 子网掩码3. IP包长 4. IP路由 5. IPv4的现状7.3 IPV6 1. IPv6的优势 2. 对IPv6的一些误解 3. NAT 引发问题 4. IPv6 地址表示 5. IPv6 地址类型 6. IPv4和IPv6 报头格式7.4 IPv6对移动通信的意义1. 移动IP的引入2. 移动IP需解决的问题3. 移动IP的基本术语4. 移动IP的基本过程7.5 光互联网7.5.1 实现宽带IP网络的主要技术 7
2、.5.2 IP over SDH技术 7.5.3 IP over WDM技术7.1 互联网的概念1. 互联网的起源 2. 从某种意义上，互联网可以说是美苏冷战的产物： 古巴核导弹危机； 越南战争爆发 ； “实验室冷战”开始。1969年，美国国防部高级研究计划管理局(ARPA: Advanced Research Projects Agency)开始建立一个命名为ARPANET 的网络， 把美国的几个军事及研究用电脑主机联接起来。起初，ARPANET只联结4台主机，置于美国国防部高级机密的保护之下。 1983年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP协议，美国加利福尼亚伯
3、克莱分校把该协议作为其BSD UNIX的一部分，使得该协议得以在社会上流行起来，从而诞生了真正的互联网。 1986年，美国国家科学基金会(National Science Foundation，NSF)利用ARPANET发展出来TCP/IP协议，在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFNET广域网。由于美国国家科学基金会的鼓励和资助，很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFNET中。那时，ARPANET 的军用部分已脱离母网，建立自己的网络 MilNET。ARPANET逐步被NSFNET替代。到1990年，ARPANET已退出了历史舞台。如今，NSF
4、NET已成为互联网的重要骨干网之一。 2. 网络、互联网和因特网(1)网络：泛指由两台以上的主机连接而成的，相互之间能够传输信息的系统，是最广泛的概念。(2)互联网：是指开头字母小写的internet，泛指由多个计算机网络相互连接而成一个大型网络。(3)因特网：是指开头字母大写的Internet，它是指1969年诞生于美国，最初名为“阿帕网”(ARPAnet)，后来又成为连接大学及高等院校计算机的学术系统，现在已发展成为一个覆盖五大洲150多个国家的开放型全球计算机网络系统的那个网络。这个网络拥有许多服务商，是全球最大的网络。现代汉语词典2002年增补本对“互联网”和“因特网”所下的定义分别是
5、“指由若干电子计算机网络相互连接而成的网络”和“目前全球最大的一个电子计算机互联网，是由美国的ARPA网发展演变而来的”。 3. 全光网络互联全光网络互联包括国家级网络之间的互联构成的全球Internet，以及国家内部各种网络之间的互联。这种互联强调在光层的互联。其主体是核心网，包括三种类型：(1)全光环网：环网范围达到20004000km，环网优点是具备自愈性，当多个环网形成互联环的时候，能具备更强的保护能力。(2)全光网状网网状网是全光网发展的高级阶段，范围较大，节点数目较多，生存性和资源配置能力最强。(3)国家级全光网采用网状网的结构，可以把全国范围内的多个环网和地区网状子网连接起来，形
6、成全国范围的、建立在光层上的网络互联 4. 光互联网中的IP传送技术 在光互联网时代，主要应考虑到如何在光层上传输IP数据包。目前在光互联网中，有三种IP传送技术，即：p IP over ATM；p IP over SDH；p IP over WDM。(1)IP Over ATMIP与ATM技术的结合，ATM是属于二层交换，是一种硬件交换技术，利用硬件进行信元交换，可以大大提高数据包的转发速度和交换速度。IP包是一种变长的数据包，而ATM信元是一种固定长度的帧结构，长度为53字节。把IP包封装到ATM帧中，需要将IP拆开并重新封装。优点：ATM的QoS是最好的，它可以做到电路仿真，保证网络的服
7、务质量；网络具有很好的可扩展性和灵活性；支持多种业务，并为不同业务类型提供不同的服务质量QoS；有很好的网络流量管理和控制性能。缺点：传输效率低， “信元税”达25%左右；网络管理比较复杂，随着接口速率的增加其速率不易提高；主要适用于网络边缘多业务的汇合和一般容量的骨干网，不太适用于超大型IP骨干网。 (2)IP over SDHIP数据包通过采用点到点协议PPP(Point to Point Protocol)，映射到SDH帧上, 按各次群相应的线速进行连续传输。IP Over SDH省去了ATM层，简化了网络结构，提高了传输效率百分之二十到三十，降低了成本。是一种高效、实用的IP传送技术。
8、SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，可以加强网络的运行、管理和维护能力,网络有很好的兼容性等；适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网。其缺点是不能提供较好的服务质量QoS, 对大规模的网络须处理庞大、复杂的路由表，而且查找困难，路由信息占用较大的带宽。(3)IP over WDM 也称为IP over Optical，让IP包直接面向波长，因此其传输效率最高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户获得多媒体通信业务的费用，是一种最直接 、最经济的IP网络体系结构。主要特点： 充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量； 可同时在一根光纤中实现双向多媒体通信传输，可以很容易地兼
9、容不同性质和不同协议的业务； 在网络设计中有很大的灵活性和自由度，扩容更方便； 使用WDM技术可降低对一些器件性能上的过高要求； WDM系统中主要器件波分复用器是无源器件，省电，可靠性高，故障率低，便于维护，降低了成本。三种IP传输技术都将长期共存，相互补充。IP over WDM是未来的网络发展 方向之一，最具有生命力和发展前途。光传送网在我国应用十分普遍,大多采用 DWDM。原网通公司（现在的新联通）已经建成20Gbps的IP骨干网，连接包括 北京、上海、广州在内的15个国内主要城市。7.2 IPv4互联网采用的是TCP/IP协议族，是由多个协议构成的协议族。IP协议是TCP/IP协议族的
10、核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年。1. IPv4的地址IPv4使用32位地址，因此最多可能有4,294,967,296(=232，大约43亿)个地址。IPv4的地址采用了“点分十进制”的书写规律，用点号将32位地址分成4个字节，每个字节（8位），用十进制数表示。这4个字节分成两个部分，前一部分是网络标识，用来对网络进行区分，每个网络的网络标识都是不一样的；后一部分是网络中的主机地址。IP地址分为5种类型，分别是A类、B类、C类、D类和E类。 A 0网络络地址主机地址 B 10网络络地址主机地址 C 110网络络地址主机地址 D 1110组组播地址
11、 E 1111试验试验 地址(1)A类地址一个A类IP地址由l字节的网络地址和3字节主机地址组成，最高位必须是“0”，紧跟的7位表示网络标识，剩下的24位(后3个字节)表示主机标识。A类地址的第一个字节从1到126，总共有126个网络标识，但每个网络中却最多可容纳224个(即总共16777216个)主机。A类地址的范围是1.0.0.0到126.255.255.255，主要分配给具有大量主机而局域网络数量较少的大型网络。 (2)B类地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，第1、2两个字节作为网络标识，后2个字节作为主机标识，最高位必须是“10”(也就是第l字节从128到
12、191)。B类地址共拥有6428个，即(191-128+1)256=16384个网络标识，每个网络中最多可容纳2828=216个(即65536个)主机，地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。B类地址用于大中型规模的网络中，比如国际性大公司和政府机构。 (3)C类地址一个C类地址由3字节的网络地址和l字节的主机地址组成，第l、2、3三个字节作为网络标识，最后1个字节作为主机标识。网络地址的最高位必须是“110”(即第l字节从192到223)。C类地址共拥有32216个，即(223-192+1)65536=2097152个网络标识，每个网络中最多可容纳28个(即256个)主
13、机，地址范围从192.0.0.0到223.255.255.255。C类地址常用于小型网络中，比如一般小公司、校园网、研究机构等。(4)D类地址D类地址用于多路广播组用户。D类地址的高4位总是被置为lll0(即第1字节从224到239)，剩下的数位用于指明客户机所属的组。(5)E类地址E类地址是一种仅供试验的地址，还没有得到实际的应用。E类地址的高4位总被置为1111，即第1字节从240到255。 (6)几个特殊地址l 网络地址：凡是主机段全部设为“0”的IP地址称为网络地址，如202.206.0.0是B类网络地址。 l 广播地址：主机ID部分全部设为“l”的IP地址称为广播地址，如202.20
14、6.255.255是B类的广播地址。 l 保留地址：网络ID不能以十进制“127”作为开头，在A类地址中数字127保留给诊断用，如127.1.1.1用于回路测试。l 私有地址：私有地址可以自己组网时用，但不能在Internet网上用，有这些地址的计算机要上网必须转换成为合法的IP地址。10.0.0.010.255.255.255172.16.0.0172.131.255.255192.168.0.0192.168.255.2552. 子网掩码子网掩码就是用来标识IP地址32位2进制数中有多少位属于网络地址。在寻址中子网掩码是主机用来判断所发送的数据包目的地址是本地还是需 要跨路由，从而选择不同
15、的发送路径。 子网掩码按IP地址的格式给出。 A、B、C类IP地址的默认子网掩码如下： A： 255000 B： 25525500 C： 255255.2550 用IP地址与相应的子网掩码，进行与运算，可以区分出网络号部分和主机号部分。如20230152.3和2023015280为C类 IP地址，默认子网掩码 为2552552550，进行与运算后得出二者网络号相同，说明两主机位于同一网络。子网掩码的另一功能是用来划分子网。3. IP包长IP包由首部（header）和实际的数据部分组成。数据部分最长可为65515字节（=216 - 1 - 最短首部长度20字节）。但是一般来说，低层（链路层）的特
16、性会限制能支持的IP包长。例如以太网（Ethernet）协议，最大传输单元(Maximum Transfer Unit, MTU)，为1518字节，以太网的帧首部使用18字节，剩给整个IP包（首部+数据部分）的只有1500字节。还有一些底层网络只能支持更短的包长。这种情况下，IP协议提供一个分割（fragment）的可选功能。长的IP包会被分割成许多短的IP包，每一个包中携带一个标志（Fragmentid）。发送方（比如一个路由器）将长IP包分割，一个一个发送，接送方（如另一个路由器）按照相应的IP地址和分割标志将这些短IP包再组装还原成原来的长IP包。 4. IP路由IPv4并不区分作为网络终端的主机(host) 和网络中的中间设备（如路由器）两者之间的差别。每台电脑可以既做主机又做路由器。IPv4技术既适用于局域网（LAN）也适用于广域网。一个IP包从发送方出发，路由器按照路由表中的路径将IP包发往目的地方向。路由器对每一个IP包都是单独选
