数据通信基础

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1、 RA000010 数据通信基础ISSUE 2.2引入l 在第三代移动通信系统中，数据通信技术广泛应用于移动通信网络的管理、多媒体业务提供等各个领域。Page 2学习完本课程，您应该能够：l描述TCP/IP协议与OSI参考模型。l进行IP子网的划分。l描述出交换机、路由器等网络设备的用途。l描述移动IP技术的基本概念，如家乡代理、隧道技术等。Page 3第第2章章 TCP/IP协议协议第第3章章 常用网络设备常用网络设备第第4章章 移动移动IP技术技术Page 4数据通信网络SOHOServerIP HotelIntranet移动移动Page 5局域网(LAN)和广域网(WAN)HostWAN

2、局域网Local Area Network广域网Wide Area Network 数据通信网络按覆盖范围的大小可以分为局域网和广域网.Page 6LAN定义和常用互连设备lLAN定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合。l特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。lLAN的设计目标：运行在有限的地理区域；允许同时访问高带宽的介质；通过局部管理控制网络的私有权利；提供全时的局部服务；联接物理相临的设备。HUB交换机交换机路由器路由器ATM 交换机交换机Page 7WAN定义及常用互联设备lWAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互

3、连局域网。lWAN的设计目标：运行在广阔的地理区域；通过低速串行链路进行访问；提供全时的或部分时间的联接性；联接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备;Modem/CSU/DSU路由器路由器广域网交换机广域网交换机接入服务器接入服务器Page 8常见网络拓朴结构l拓扑结构：总线、星型、树型环型、网型Page 9通信协议l 计算机与计算机之间要相互通信，就必须“听”的懂对方的“语言”，这种语言就是网络协议，计算机必须运行相同的协议，才能相互通信。由于网络的种类繁多，网络协议自然也各式各样，但是，大多数网络协议的设计都有一个共同的特点协议分层。l 各层协议是网络设备之间通信规则的正式描述。54321

4、54321TCP/IP协议栈Source Host ADestination Host B好啊！我刚好也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈Page 10OSI七层功能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1234567提供应用程序间通信处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立主机端到端连接寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等比特流传输Page 11对等通信l每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。Host AHost BAPDUPPDUSPDUSegmentPacketFra

5、meBit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Page 12数据封装和解封装l数据封装和解封装过程。DataDataHDataHH主机主机服务器服务器交换机交换机路由器路由器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DataDataHDataHHPage 13物理层l物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离

6、等。l物理层线缆：同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆双绞线（twisted pair）：UTP、STP光纤（Optical Fiber）无线电波（wireless radio）：无线局域网WLANPage 14物理层l局域网与物理层线缆标准：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX；网络设备：中继器、集线器等。l广域网与物理层DTE设备：路由器、终端主机等；DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等；常见接口：RS-232、V.24、V.35等。Page 15LAN与数据链路层lLAN标准:

7、当今最为流行的协议为IEEE802标准IEEE802.1 基本局域网问题IEEE802.2 定义LLC子层IEEE802.3 以太网标准IEEE802.4 令牌总线网IEEE802.5 令牌环网lLAN数据链路层设备:以太网交换机Page 16WAN与数据链路层lWAN数据链路层标准：HDLCPPPISDNX.25Frame RelaylWAN数据链路层设备：Modem、ISDN终端适配器CSU/DSU、广域网交换机Page 17网络层l网络层：指定网络实体的网络层地址，并完成网络层转发寻址功能。l网络层设备：Router等。lWAN的网络层协议：IP协议等lLAN的网络层协议：Etherne

8、t协议等Page 18网络层协议操作网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层表示层表示层会话层会话层传输层传输层应用层应用层ABCDERouter ARouter BRouter CPage 19传输层l传输层功能：分段上层数据；建立端到端连接；将数据从一端主机传送到另一端主机；保证数据按序、可靠、正确传输。l传输层协议：主要有TCP/IP协议栈的TCP协议和UDP协议，IPX/SPX协议栈的SPX协议等。Page 20端到端通信传输虚电路传输虚电路HostF

9、TP.HUAWEI.COM应用数据应用数据HTTPFTP传输数据包传输数据包21102880 1027DataDataPage 21面向连接和无连接的服务l面向连接的服务：适合延迟敏感性应用建立连接数据传输断开连接l无连接的服务：适合延迟不敏感的应用无需建立连接资源动态分配Page 22流量控制l流量控制的三种方式：缓存技术：突发缓存，空闲发送。源抑制报文：利用ICMP协议向源端发送source quench报文。窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发送数据的多少。Page 23确认技术传输虚电路传输虚电路Host源源目的目的Send 1,2,3Acknowledge 4Send 4

10、,5,6Acknowledge 4Send 4,5,6Page 24高层协议l会话层协议：SQL、NFS、RPC等；l表示层协议：ASCII、MPEG、JPEG等；l应用层协议：SMTP,POP3，FTP等。Page 25l网络的定义和演进过程l局域网和广域网的定义设常见设备l常见网络拓朴结构lOSI的7层网络参考模型l7层中每一层的功能Page 26第第1章章 数据通信网络概述数据通信网络概述第第3章章 常用网络设备常用网络设备第第4章章 移动移动IP技术技术Page 27TCP/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。应用层表示层会

11、话层传输层网络层数据链路层物理层应 用 层传输层网络层7654321物理层数据链路层OSI参考模型TCP/IPPage 28TCP/IP协议栈 HTTP、Telnet、FTP、TFTP、Ping、etcTCP/UDPARP/RARPIPICMPEthernet、802.3、PPP、HDLC、FR、etc接口和线缆应用层传输层网络层 数据链路层提供应用程序网络接口建立端到端连接寻址和路由选择物理介质访问二进制数据流传输 物理层Page 29TCP/IP协议数据封装TELNET2323指传输层报文中的端口号,右同。FTP20/21SMTP25TFTP69 TCP/UDP 6/17 16/17是指I

12、P包头中的协议类型 IP PACKETS FRAMES BITSPage 30网络层协议概述应用层传输层网络层 IP ARP RARP ICMP 物理层 数据链路层Page 31什么是IP地址l一个32位整数，网络中标识一个主机。通常写成4个整数的方式，如202.116.84.92网络号网络号Network ID 主机号主机号Host ID 门牌号码门牌号码邮政地址：IP地址：街道名称街道名称Page 32公网IP地址的分类l直接连接在Internet上的主机，根据网络的大小不同可以分为A、B、C、D、E等几类IP地址，常用的有A、B、C三类。8 bit8 bitNet IDHost IDA类

13、B类C类8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit8 bit类别前八位格式 后24位格式（为主机号）A0B1 0 C1 1 0 其他1 1 1 D类E类为特殊的IP地址和保留以后使用Page 33特殊IP地址网络部分主机部分地址类型用 途127any全“0”全“1”Any全“0”Any全“1”网络地址代表一个网段广播地址特定网段的所有节点回环地址回环测试广播地址本网段所有节点所有网络华为Quidway路由器用于指定默认路由Page 34IP报文格式IP地址就是用于网络层寻址的地址标识。版本首部长度服务类型总 长 度 标 识 标志 段 偏 移 寿

14、命 协 议 首 部 检 验 和 源 站 IP 地 址 目 的 站 IP 地 址 长 度 可 变 的 任 选 字 段 填 充数 据.优先级 D T R C 未用 比特0 4 8 16 19 24 3120个字节固定长度长度可变 0 1 2 3 4 5 6 7Page 35MAC/物理地址lMAC地址有48位，华为产品前3个字节是0 x00E0FC。00e0.fc01.2345厂商编号厂商编号序列号序列号24 bits24 bits00e0.fc01.2345RomRamPage 36ARP地址解析协议不知道10.0.0.2的MAC地址？在网络上广播ARP Request信息，等10.0.0.2的

15、回应。IP:10.0.0.1/24MAC:00-E0-FC-00-00-11IP:10.0.0.2/24MAC:00-E0-FC-00-00-12这个ARP Request中有我的IP地址，应该是问我的MAC地址，就把我的IP地址告诉10.0.0.1吧。这个ARP Request中没有我的IP地址，就不管。IP:10.0.0.3/24MAC:00-E0-FC-00-00-13知道你的MAC地址，以后联系起来就方便了！ARP RequestARP ReplyPage 37RARP反向地址解析协议我的IP地址是什么？无盘工作站RARP Server你的IP地址是10.0.0.1RARP Reque

16、stRARP ReplyPage 38ICMPInternet控制报文协议B可达吗？Host AHost B我在ICMP Echo RequestICMP Echo ReplyPage 39问题l为什么IP地址要划分为网络地址和主机地址呢？方便寻址，提高寻址效率。使得网络更加容易管理。可以对具有相同网络地址的主机进行统一管理，提高网络的安全性。lA公司得到了20个C类网络地址(192.16.0.1192.16.0.32)，B公司也有20个C类网络地址(192.16.0.65192.16.0.84)。他们具有相同的网络地址（前三位相同）。B公司的主机因为工作需要，经常给网络内本公司的主机发广播消

17、息，可是这样会对A公司的主机造成骚扰。怎么解决呢？要是两家公司的网络地址不同，那就好了！可是怎么才能让大家的网络地址不同呢？这要靠子网掩码这要靠子网掩码!Page 40什么是子网掩码?l子网掩码定义了构成IP地址的32位中有多少位定义网络或者网络及其子网，因此任何一个网络都要定义子网掩码，例如A类网络的默认子网掩码为：255.0.0.0。172.100.30.12IP地址子网掩码IP地址子网掩码与运算10101100.01100100.00000000.00000000转十进制255.255.0 .010101100.01100100.00011110.0000110011111111.111

18、11111.00000000.00000000转二进制172.100.0.0网络地址Page 41为什么要划分子网？l一个网络上通信量与主机的数目成正比，如果主机数目太大，超出网络介质的容量使网络的性能下降。l网络划分为若干部分，降低不必要的通信量。网段：网段：192.16.0.0掩码：掩码：255.255.192.0网段：网段：192.16.0.1掩码：掩码：255.255.192.0Page 42如何划分子网？l减少IP地址中，主机地址所占用的2进制位数，同时将减少的2进制位和原来的网络地址所占用的2进制位合并为新的网络地址。l被挪用的2进制位数（N）越多，划分的子网数目就越多，但是每个子

19、网的主机数目就越少。同时，划分出的子网数量为2N。80.9.130.1IP地址子网掩码IP地址子网掩码与运算01010000.00001000.00000000.00000000转十进制255.254.0.001010000.00001001.10000010.0000000111111111.11111110.00000000.00000000转二进制80.8.0.0网络地址Page 43默认子网掩码加位的作用l通过这种方法，可以把某些连在一起网段掩到同一个子网内。IP地址子网掩码网络地址 80.9.130.1 255.254.0.0 80.8.154.1 255.254.0.0 80.8.

20、0.0 80.8.0.0Page 44划分子网的例子l某公司向NIC申请一B类网（191.38.0.0）IP地址空间，该公司可依照自己的组织结构为公司的各个分公司、部门划分IP地址空间，形成有层次的子网结构，大大方便了管理工作。l公司有35个部门/分公司，每个部门主机数由100800之间，那么如何划分子网呢？Page 45主机号和子网号的选择l首先确定主机号所占用的2进制位数。在这个例子下，每个子网的主机数量在1000之内，因此预留10位2进制位用于主机号。因此，可容纳的主机数量为：2102=10221000。l原来主机号中剩余下的2进制位可作为子网号。在这个例子下是6位，那么可用子网的最大数

21、目：2664个，子网掩码为：255.255.252.0。子网号主机号191.38.0.0Page 46划分后的结果最终各个部门使用的IP地址如下表格。子网掩码都是：255.255.252.0部门子网号可用IP地址部门00191.38.0.1191.38.3.254部门11191.38.4.1191.38.7.254部门22191.38.8.1191.38.11.254.部门6363191.60.251.1191.38.254.254Page 47传输层协议概述应用层传输层网络层网络接入层TCPUDPPage 48TCP/UDP报文格式0816243116位源端口16位目的端口32位序列号32位

22、确认号URGACKPSHRSTSYNFIN首部长度保留(6位)16位窗口大小16位TCP校验和16位紧急指针选项数据0816243116位源端口16位目的端口16位UDP校验和数据UDP报文格式报文格式TCP报文格式报文格式16位UDP长度Page 49端口号l传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。HTTPFTPTelnet SMTPDNSTFTPSNMPTCPUDPIP 数据包套 接 字8020/2123255369161Page 50TCP连接InternetSYN(seq=a)SYN(seq=b,ack=a+1)SYN(seq=a+1,ack=b+1)clientserverP

23、age 51滑动窗口需要修改窗口大小发送数据太快了！len 1024win4096len 1024win4096len 1024win4096ack 4097win2048len 1024win4096len 1024win4096ack 6145win2048len 1024win4096len 1024win4096len 1024win4096Page 52应用层介绍l文件传输常用协议有 FTP、TFTPl邮件服务常用协议有 SMTP、POP3l网络管理常用协议有 SNMP、Telnet、Ping、Tracertl网络服务常用协议有 HTTP、DNS、WINSPage 53lITCP/I

24、P协议栈分为5层lIP数据包包头的格式lARP RARP ICMP的作用l划分子网的目的和方法lTCP和UDP协议的却别l常用的应用层服务有FTP,Telnet等Page 54第第1章章 数据通信网络概述数据通信网络概述第第2章章 TCP/IP协议协议第第4章章 移动移动IP技术技术Page 55物理层互联设备-HublHUB(集线器)只完成信号的再生，不对数据包进行任何处理，只作简单的电信号复制和转发。从一个端口收到了信号，就将信号原封不动地复制到除开收到该信号端口外的其他所有的端口上，有点象一台复印机。每个时刻只能在两个端口间通讯。HubHostPage 56数据链路层互联设备-Lansw

25、itchl Lanswitch在处理数据包的时候，需要检查该数据包的数据链路层内容，而不仅仅是简单的数据再生和转发。它会根据数据链路层中MAC子层的地址进行判断，决定将该数据包往哪里转发。Host B将这个IP包送给主机B主机B的MAC地址对应着我的3端口，就只向这个端口转发好了。Host APage 57Router（路由器）的作用lRouter的核心作用是实现网络互连l 实现分组数据转发路由（寻径）：路由表建立、刷新、查找子网间的速率适配隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则（防火墙）异种网络互连Page 58什么是路由l路由是指导IP报文发送的路径信息l路由存在于三层网络设备和主机中网络N

26、到网络N的主机，走R1这条路Page 59配置路由的三要素l目标网段l目标网段的掩码l下一跳地址l权值例如在Windows NT操作系统下配置静态路由：Route add 10.12.0.0 mask 255.255.0.0 10.12.3.64 metric 1目标网段掩码下一跳地址权值Page 60Router工作流程IPETHETH以太口以太口以太口以太口IPETHETH以太口以太口以太口以太口协议封装协议封装路由选择路由选择协议转换协议转换RouterRouterRouterRouterLAN传送传送拆包拆包LAN1LAN2接收接收发送发送工作过程工作过程目的地址目的地址掩码掩码下一跳

27、地址下一跳地址0.0.0.00.0.0.010.0.0.1100.1.1.0255.255.255.020.0.0.1Page 61IP包头在路由器转发过程中的变化10.12.3.6400-E0-FC-00-00-11192.12.3.6400-E0-FC-00-00-32192.12.3.5200-E0-FC-00-00-6410.12.3.2700-E0-FC-00-00-2300-E0-FC-00-00-23192.12.3.6400-E0-FC-00-00-64192.12.3.6400-E0-FC-00-00-32192.12.3.64Router ARouter BHost AHo

28、st BIP PacketPage 62lHub、Lanswitch、Router的用途lRouter在转发IP包的过程中，IP 包中的地址变化。Page 63第第1章章 数据通信网络概述数据通信网络概述第第2章章 TCP/IP协议协议第第3章章 常用网络设备常用网络设备Page 64为什么需要移动IP技术？移动移动IP技术可以满足在移动过程技术可以满足在移动过程中不间断地访问中不间断地访问Internet，并做，并做被叫的需求！被叫的需求！CInternetAB133.1.0.X133.1.0.11133.2.0.XSend to 133.1.0.11移动移动后，接入点改变了，相应的网络前缀

29、就变化了！丢失丢失Page 65移动IP的机制采用注册登记、三边路由、隧道技术，实现移动节点（MN）实时不间断接入Internet。CInternetAB(1)Send to 202.1.1.1HostCOA=133.1.0.1FA202.1.1.x(2)隧道，转发给133.1.0.1(3)解隧道，转发给MN 202.1.1.1HA存储MN的移动绑定记录Home Address COA 202.1.1.1 133.1.0.1.通过隧道转发数据给FAMN：归属地址=202.1.1.1MN：移动节点 HA：家乡代理，类似移动网中的HLRCOA：转交地址，类似移动网中的漫游号码 FA：外部代理，类似

30、移动网中的VLRPage 66隧道技术l当一个数据包被封装在另一个数据包的净荷中进行传送时，所经过的路径称为隧道。l隧道技术按照不同的层次分为二层隧道和三层隧道，以下为三层隧道的IP in IP示意：Host 1Router 1Router 2host 2IP header1host1host2dataIP header2router1router2IP header1host1host2dataIP header1host1host2dataPage 67移动IP中的实体：MNl移动节点 MN（Mobile Node）不断移动，没有固定的IP接入点，但是却希望获得不间断的IP数据服务。在某个

31、HA中开户，HA为其分配归属IP地址（Home Address）。随时从网络接入点获取当地网络标识，判断是否漫游（离开归属网络），并周期性向HA登记，报告当前漫游地代理的转交地址。Page 68移动IP中的实体：FA与HAl归属代理HA（Home Agent）处理MN的注册消息，登记MN的归属IP地址与转交地址之间的移动绑定关系。代理MN广播其归属IP地址的可达性。构造隧道，将发给MN的数据包转发给FA，由FA转发给MN。l外地代理FA（Foreign Agent）MN的漫游地代理，负责转发MN的注册消息，配合完成移动IP注册。转发MN发出的数据包到目的主机。通过隧道方式，和HA一起完成发给M

32、N数据包的转发和处理。Page 69COA的两种方式CInternetAB(1)Send to 202.1.1.1HostCOA=133.1.0.1FA202.1.1.x(2)隧道，转发给133.1.0.1(3)解隧道，转发给MN 202.1.1.1HAMN：归属地址=202.1.1.1FA COA：地址属于FA，很多用户共用一个或者多个COA，FA负责解隧道和把数据包发送到用户。CL COA：地址属于MN，归一个用户所拥有的COA。MN负责解隧道。Page 70移动 IP业务流程InternetAMN归属地址=202.1.1.1Host ACOA=133.1.0.1FA202.1.1.xHA

33、存储MN的移动绑定记录Home Address COA 202.1.1.1 133.1.0.1.通过隧道转发数据给FAPage 71移动 IP业务流程（续）业务流程业务流程 （CL-COA方式）方式）InternetAMN：归属地址=202.1.1.1Host ACOA=133.1.0.1DHCP serverHAFA反向隧道Page 72移动IP与无线接入的融合l现状和发展无线通信实现了用户随时随地通话的理想无线数据业务将是第三代移动通信的亮点l需要解决的问题如何为移动中的无线用户提供实时、高质量的数据业务服务如何将无线数据网络与现有的IP网络融合，实现综合网络资源的有效利用。Page 73

34、l 移动IP的优点l 隧道技术的用途l HA，FA、MN的功能Page 74习题l简述OSI七层模型的结构，和每层功能。lTCP/IP模型中，对于不同的应用层服务，在传输层是如何识别的？l路由器属于那一层的网络设备？在转发IP的过程中，是否修改MAC地址？l移动IP业务中，用户对外使用的固定IP地址，是由哪个网络单元分配的？Page 75谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH