数据通信ip网络

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1、数据通信IP网络,IP技术是一种无连接的分组交换技术，具有协议简单、开放的特性，具有成熟的标准应用接口和数量众多的应用开发人员。同时，基于IP实现网络互连的技术成熟、成本低。,1 概述 2 IP网络协议 3 路由器组网 4 IP电话网 5 IP技术与其他技术的融合,1 概述,IP网指的是使用IP协议的网络。 IP网具有以下几大特点： （1）分布式网络结构； （2）端到端原则，所有增值功能都在网络之外由终端完成； （3）IP网可以建立在任何传输通道上，可以保证异种网络的互通（即IP over Everything）； （4）具有统一的寻址体系，网络可扩展性强。,图8.1 TCP/IP参考模型,I

2、P网络，国际上都采用TCP/IP体系结构,1 概述,2.1 IPv4协议 2.2 IPv6协议 2.3 IPv4向IPv6过渡,2 IP网络协议,IPv4，是互联网协议的第四版，也是第一个被广泛使用、构成现今互联网技术基石的协议。 1IPv4的地址 IPv4使用32位地址，因此最多可能有4,294,967,296个地址。一般的书写法为4个用小数点分开的十进制数。IPv4地址分为A、B、C、D、E，5类。把32位的地址分为两个部分：前面的部分代表网络地址，后面部分代表局域网地址。,2.1 IPv4协议,2.1 IPv4协议,一些特别的IP地址段如下： （1）127.x.x.x给本机地址使用； （

3、2）224.x.x.x为多播地址段； （3）255.255.255.255为通用的广播地址； （4）10.x.x.x，172.16.x.x和192.168.x.x供本地网使用，这些网络连到互连网上需要对这些本地网地址进行转换。,2.1 IPv4协议,2IP包长 IP包由首部和实际的数据部分组成。数据部分一般用来传送其它的协议，如TCP、UDP、ICMP等。数据部分最长可为65515字节。 3IP路由 一个IP包从发送方出发，到接送方收到，往往要穿过通过路由器连接的许许多多不同的网络。每个路由器都拥有如何传递IP包的路由表。路由表中记录了到不同网络的路径，在这里每个网络都被看成一个目标网络。路由

4、表中的记录由路由协议管理，记录可以是静态的记录，也有可能是由路由协议动态的获取的,2.1 IPv4协议,常用的路由协议有： （1）路由信息协议(RIP) （2）开放式最短路径优先协议（OSPF) （3）中介系统对中介系统协议(IS-IS) （4）边界网关协议(BGP) （5）互联网控制消息协议（ICMP）,2.1 IPv4协议,4IPv4存在问题 （1）地址问题:。随着IP网络规模的不断扩大，IP地址空间就非常紧张了，因此IPv4的一个主要问题就是要尽快拓展地址空间。 （2）IPv4选路：在互联网或内联网上传输的IPv4包必须从一个网络选路到另一个网络以到达其目的地。所有选路最终依赖于某个路由

5、器查看不同路由的列表并确定正确的路由 。路由表的长度将随着网络数量的增加而变长。选路就非常困难 ，,2.1 IPv4协议,（3）划分子网：当本地网络媒体在网络大小或连接的主机数量上到达极限时，就需要划分子网。划分子网的问题在于它只适用于某种特定规模的机构 （4）无类域间选路：类域间选路(CIDR)技术有时也被称为超网，它把划分子网的概念向相反的方向作了扩展：通过借用前三个字节的几位可以把多个连续的C类地址集聚在一起。到达某一块C类地址的数据都将被选路至某个路由器上。只是一种短期解决办法,2.1 IPv4协议,（5）网络地址翻译：网络地址翻译系统的功能在专用网络和公用网络之间的接口实现，该系统)

6、了解专用网络上所有主机的地址，并将其翻译为可访问的公用网络地址，这样所有的内部主机就可以与外部主机通信。 （6）网络管理与配置：IPv4 中地址管理和主机配置提出了至少两大问题：首先，如果配置主机很困难，将耗费钱财；其次，如果无论是否已连接，均为每个主机捆绑一个IP地址，这将浪费地址。,2.1 IPv4协议,（7）服务类型有限 （8）IP选项：尽管使用IPv4选项有很多好处，但由于它们对于性能的影响已使得它们很少使用。 （9）IPv4安全性差,2.1 IPv4协议,8.2.2 IPv6协议 IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址

7、短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不了的其它问题，主要有端到端IP连接、QoS、安全性、多播、移动性、即插即用等。,2.2 IPv6协议,IPv6与IPv4相比的优点： （1）简化的报头和灵活的扩展报头：IPv6的报头由一个基本报头和多个扩展报头组成，基本报头的长度固定为40字节，用于放置所有路由器所需要处理的信息。 IPv6还定义了多种扩展报头，这使得IPv6变得极其灵活，能提供对多种应用的强力支持，同时又为以后支持新的应用提供了可能。 （2）层次化的地址结构：IPv6的设计者把IPv6的地址空间按照不同的地址前缀来划分，并采用了层次化的结构，以利于骨干网路由器对数据包的快速转发。 （3

8、）即插即用的连网方式 （4）网络层的认证与加密 （5）服务质量的满足 （6）对移动通信更好的支持,2.2 IPv6协议,2IPv6的报头格式：IPv6的报头包括一个必需的基本报头和可选的扩展报头,3IPv6的地址方案,2.2 IPv6协议,2.2 IPv6协议,在IPv6地址方案中，地址的具体表示方法包含如下两方面内容： （1）地址表达方式:IPv6地址通常使用冒号十六进制形式表示，即x：x：x：x：x：x：x：x的表现形式，其中x是一个4位十六进制整数段，每个x包含16位地址段的十六进制值。如FE56：BACD：9875：98EF：BC34：5689：AACD：52AE。 （2）地址前缀的表

9、示法:在IPv6中地址前缀的表示方式和IPv4地址前缀在CIDR中的表示方法类似。,2.2 IPv6协议,8.2.3 IPv4向IPv6过渡 在IPv4向IPv6过渡时，要解决两种场合下的通信问题。一是被现有IPv4路由体系相隔的局部IPv6网络之间该如何通信，称之为在IPv4海洋中的IPv6孤岛间的通信问题；二是如何使新配置的局部IPv6网络能够无缝地访问现有IPv4资源，反之亦然。针对以上两类问题，有三种技术可以分别予以解决：隧道技术和双栈技术作为第一个问题的解决方案，采用地址头翻译技术解决第二个问题。,2.3 IPv4向IPv6过渡,1隧道技术:将IPv6的分组封装到IPv4的分组中，封

10、装后的IPv4分组将通过IPv4的路由体系传输，分组报头的“协议域”设置为41，表示这个分组的负载是一个IPv6的分组，以便在适当的地方恢复出被封装的IPv6分组并传送给目的站点。这样就可以实现两个IPv6“孤岛”之间的连接。同时在IPv6变为主导后，可以反过来作为IPv4“孤岛”的连接方式。,IPv6,IPv6,IPv4 to IPv6,2.3 IPv4向IPv6过渡,2双协议栈：双栈技术是在路由器和交换机的内部让IPv4和IPv6协议栈同时存在，在机器内部实现两种地址的转化，具有双栈的设备可以和任何单一IP协议的设备通信.,2.3 IPv4向IPv6过渡,3地址翻译与报头转换技术:NAT技

11、术用于IPv6的演进时，只要将IPv4地址和IPv6地址分别当作NAT技术中内部地址和全局地址，并在网关做协议转换（PT）即可。对于IPv4和IPv6节点间的通信，采用直接对IPv4和IPv6报文进行语法和语义翻译的NAT/PT技术。,2.3 IPv4向IPv6过渡,3.1 路由器 路由器是一种用于连接多个网络或网段的网络设备。这些网络可以是几个使用不同协议和体系结构的网络(比如互联网与局域网)，可以是几个不同网段的网络(比如大型互联网中不同部门的网络)。 （1）路由器的功能 翻译功能 选择信息传送的线路 自动发现复杂网络（即第三层）的拓扑结构，并且根据数据帧或分组头信息中所包含的网络地址把帧

12、或包选路到目的地。,3.1 路由器,（2）路由器的组成要素 输入端口:物理链路和输入包的进出口处 输出端口:在包被发送到输出链路之前由输出端口存贮。输出端口可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。 交换开关:可以使用多种不同的技术来实现。 路由处理器:计算转发表，实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。,3.1 路由器,3.2 路由器组网结构 组网时一般是通过路由器将多个局域网通过传输网连接起来。,3.2 路由器组网结构,1IP电话的含义及实现原理 IP电话指在IP网上传送的具有一定服务质量的语音业务。 IP电话是通过IP网络以分组交换的方式传输信令数据和语音数据的，因此TCP/I

13、P协议是其所应遵守的基本协议。针对IP电话要求可以简化TCP/IP协议。图8.11是一个简化了的TCP/IP协议的分层结构示意图。,4.1 IP电话网概念,4.1 IP电话网概念,根据IP电话实现的基本原理，可以将TCP/IP协议固件分为以下4个模块来实现。 （1）ARP模块：该模块主要实现对电话的寻址功能。 （ 2）IP模块：该模块主要实现对电话信令和语音数据的传输。 （3）ICMP模块：该模块主要实现对电话信令的封装。 （4）UDP模块：该模块主要实现对语音数据的封装。,4.1 IP电话网概念,2IP电话相关协议 我国的IP电话网中大都采用H.323协议，它也是应用最广泛的一种IP电话协议

14、。 （1）H.323协议:H.323协议是1996年提出一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分，是目前在分组网上支持语音、图像和数据业务最成熟的协议。,4.1 IP电话网概念,H.323的体系结构 H.323是一个框架性建议，它涉及到终端设备、视频、音频和数据传输、通信控制、网络接口方面的内容，还包括了组成多点会议的多点控制单元（MCU：Multi-point Control Unit）、多点控制器（MC：Multi-point Controller）、多点处理器（MP：Multi-point Processo

15、r）、网关及网守等设备。它的基本组成单元是域 。图8.13 给出H.323的体系结构。,4.1 IP电话网概念,4.1 IP电话网概念,H.323协议栈 H.323协议栈是一个有机的整体，根据功能可以将其分为4类协议，包括： （a）H.323：系统的总体框架； （b）H.263：视频编解码； （c）H.723.1：音频编解码； （d）H.225：数据流的复用。,4.1 IP电话网概念,（2）SIP协议：SIP（Session Initiation Protocol）是由IETF于1999年提出的一种在IP网络中、特别是在Internet环境中实现实时通信应用的信令协议。它也是一种多媒体通信系统

16、框架。它独立于底层协议，是基于文本的应用层控制协议，这种会话包括互联网电话、数据、多媒体传输及多媒体会议等多种音频和视频服务。,4.1 IP电话网概念,SIP的功能 主要包括下列功能： （a）名字翻译和用户定位； （b）会话参数协商； （c）呼叫参与者管理； （d）呼叫特征改变； （e）会话属性调整； （f）用户能力判断。,4.1 IP电话网概念, SIP的特点 SIP协议借鉴了其他互联网标准和协议的设计思想，有优点如下： （a）它是基于文本的协议，因而易于读取和调试； （b）SIP会话请求过程媒体协商过程是一起进行的，因此呼叫建立时间短； （c）SIP易于扩充； （d）SIP独立于传输层，且

17、支持多设备功能调整和协商，底层传输可以是采用ATM的IP。,4.1 IP电话网概念,3IP电话网 IP电话网主要包括IP电话网关、IP承载网、IP电话网管理层面及电路交换网接入几个部分。,4.1 IP电话网概念,IP电话网络模型中各部分主要功能如下： （1）IP承载网络：用于传送IP电话的承载网，它可以是公网，也可以是专网。 （2）IP电话网关：完成对来自PSTN的语音业务流的编解码功能，并将压缩编码后的语音业务流打成包，通过IP承载网传给目的网关。 （3）网守：网守是一个可选组件，其功能是向H.323节点提供呼叫控制服务。 （4）IP电话网络的管理层面：主要由网守和用户数据库、结算系统组成，负责用户的接入认证、地址解析、计费和结算等工作。 （5）传统电路交换网的接入部分：包括电话网、ISDN和数字移动通信网，它们构成了IP电话的主要接入部分。,