ip协议与以太网技术

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1、70年代中期的美国国防部的年代中期的美国国防部的ARPANET科研科研-商业、政府组织商业、政府组织,创造了新的就业与经济发展创造了新的就业与经济发展Internet的指数级增长的指数级增长主机数量的指数级增长主机数量的指数级增长1982年前年前,只有几百台计算机只有几百台计算机;预计到预计到2000年有年有1.2亿台主机，使用亿台主机，使用者达者达5亿亿Internet的业务量每年约增长的业务量每年约增长400(超出超出CPU的摩尔定律：的摩尔定律：18个月翻个月翻一番一番)最近四年最近四年,每隔每隔23周周Internet上的上的web服务器数翻一番服务器数翻一番业务和流量的变化业务和流量

2、的变化Internet上的主要业务由传统的文件传送上的主要业务由传统的文件传送(FTP)、电子邮件电子邮件(email)和和远程登入远程登入(Telnet)转向多媒体应用丰富的转向多媒体应用丰富的WWW，WWW业务量约占业务量约占70%过去过去80的流量在本地；而现在相反，越来越多的流量穿越的流量在本地；而现在相反，越来越多的流量穿越WANTCP/IP是是Internet的核心技术的核心技术TCP/IP是一个协议族是一个协议族HTTP、TELNET、FTPRIP、OSPF、BGPPIM、DVMRPTCP、UDP、RAW IPIPIGMPARPICMPIP是是TCP/IP的核心协议的核心协议在不

3、同网络技术之上在不同网络技术之上,通过通过IP层实现不同网络互联层实现不同网络互联IP over EverythingX.25PPP(点对点链路点对点链路)EthernetToken ringFRATMSDHWDMEverything over IP ITU-T 综合业务网综合业务网(H.323/SIP)桌面应用桌面应用IP/Ethernet-几乎所有的高层应用都落在几乎所有的高层应用都落在IP上上TCP/IPEthernetToken RingFRA TMX.25PPP/SD H 高 层 协 议 IETF ITU-T SG13层次结构思想层次结构思想IPIP地址结构地址结构寻址方法寻址方法(

4、直接寻址与间接寻址直接寻址与间接寻址)核心系统与自治域系统核心系统与自治域系统域名系统的层次结构等域名系统的层次结构等包容性与开放性包容性与开放性IPIP协议层对各种物理网络技术的包容协议层对各种物理网络技术的包容域名对域名对IPIP地址的屏蔽地址的屏蔽IPIP地址对各种物理地址屏蔽等地址对各种物理地址屏蔽等简单、实用、有效的原则简单、实用、有效的原则在实践中逐步完善补充新协议、扩展新功能在实践中逐步完善补充新协议、扩展新功能与与ISO/OSIISO/OSI相比，相比，TCP/IPTCP/IP技术来自于实践，简单实用，技术来自于实践，简单实用，效率高。效率高。TCP/IPEthernetTok

5、en RingFRATMX.25PPP/SDH 高 层 协 议 IP协议提供了一种全球统一的编址方式，屏蔽了物理网络地址协议提供了一种全球统一的编址方式，屏蔽了物理网络地址的差异，使路由查找成为可能。的差异，使路由查找成为可能。IP协议提供了一种全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差协议提供了一种全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差异，使网络互联成为可能。异，使网络互联成为可能。OSI 模型与TCP/IP 协议的对应关系OSI 模型与TCP/IP 协议的对应关系EthernetToken RingOthersNetware ArchitectureNetware ArchitectureAp

6、plicationPresentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysicalOSI Reference ModelTCP/IP ProtocolTCP/IP ProtocolApplicationNetbios EmulatorN C PIPXNetware ShellSPXTELNETSMTPTFTPFTPIP、ICMP、ARPTC P UDP 互连网协议互连网协议IP是是TCP/IP体系中最重要的协议之一。体系中最重要的协议之一。与与IP协议配套使用的还有三个协议：协议配套使用的还有三个协议：地址转换协议地址转换协议ARP Address Res

7、olution Protocol反向地址转换协议反向地址转换协议RARP Reverse Address Resolution ProtocolInternet控制报文协议控制报文协议ICMP Internet Control Message Protocolftp,telnet TCP UDP ICMP IPARPRARPnfs,snmpTCP应用：应用：面向连接的传输方式面向连接的传输方式流式服务流式服务Telnet、FTP、HTTPUDP应用：应用：无连接的数据传输无连接的数据传输报文式服务报文式服务RIP、SNMP、RADIUS、VODICMP 检测ICMP 检测使用PING命令测试B

8、 可达吗？我在！ICMP Echo RequestICMP Echo ReplyAB地址解析协议ARP 地址解析协议ARP 映射IP到Ethernet本地ARP我需要10.0.0.1的以太网地址收到广播,这是我的以太网地址！IP:10.0.0.1=?Ethernet=:0010:0020:003010.0.0.210.0.0.1应用 层传输层网络层链路层物 理层网络层链路层物 理层网络层链路层物 理层链路层物 理层应用 层传输层网络层链路层物 理层端系统端系 统路由 器路由 器网桥1234发送方134接 收 方a)报 文 丢 失1234发送方234接 收 方b)报 文 失 序11234发送方1

9、34接 收 方c)报 文 错 误x无连接无连接存储存储-转发工作模式转发工作模式尽力而为尽力而为版本首部长度服务类型总 长 度 标 识 标志 段 偏 移 寿 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 7 0 net-id host-id1 0 net-id host-id1 1 0 net-id host-id1 1 1 0 组播地址1 1 1 1 0 保留为今后使用0 1 2 3 4

10、 8 16 24 31A类B类C类D类E类net-id：网络标识，host-id：主机标识网网络络类类别别最最大大网网络络数数第第一一个个可可用用网网络络号号码码最最后后一一个个可可用用网网络络号号码码每每个个网网络络中中最最大大主主机机数数A126112616777214B16382128.1191.25465534C2097150192.0.1223.255.254254IP地址是有层次结构的地址是有层次结构的IP地址与电话号码不同，不能反映主机的地理位置地址与电话号码不同，不能反映主机的地理位置电信局是基于地理（行政）区域划分的层次化组织，电话电信局是基于地理（行政）区域划分的层次化组织

11、，电话号码也按区域分配号码也按区域分配电话号码按区域分配可以方便人的理解和记忆电话号码按区域分配可以方便人的理解和记忆IP地址的分配对象是机构、组织等地理上的虚拟实体地址的分配对象是机构、组织等地理上的虚拟实体Internet中人（用户）要记忆的是域名，而不是中人（用户）要记忆的是域名，而不是IP地址地址路由器也不需要理解网络的地理位置路由器也不需要理解网络的地理位置多址主机多址主机一台主机属于多个网络时有多个一台主机属于多个网络时有多个IP地址，比如路由器。这些地址，比如路由器。这些地址的网络地址的网络/子网部分不同子网部分不同 在路由器中，寻找一条将报文从信源机传往信宿机的传输在路由器中，

12、寻找一条将报文从信源机传往信宿机的传输路径的过程，称之为寻径。在路由器中，寻径采用的是表驱动路径的过程，称之为寻径。在路由器中，寻径采用的是表驱动的方式。的方式。在在 Internet 的各主机和网关上都包含一个路由表，指明去往的各主机和网关上都包含一个路由表，指明去往某信宿机的路径。在传送报文时，根据报文的目的地址，查找某信宿机的路径。在传送报文时，根据报文的目的地址，查找路由表，得到一条去往目的地址的路径。路由表，得到一条去往目的地址的路径。011128.89171.690你可以通过我连接到你可以通过我连接到171.69 你可以通过我连接到你可以通过我连接到128.89 和和 171.69

13、路径更新路径更新(OSPF,RIP.)你可以通过我连接到你可以通过我连接到128.89 ATMSDH/SONETWDM 话 音 图 象 数 据IPATMSDH/SONETWDM 话 音 图 象 数 据IPSDH/SONETWDM 话 音 图 象 数 据IP/PPPWDM 话 音 图 象 数 据IP/PPPPacket over SDH/SONET(POS)或或 PPP over SDH/SONET将将IP包通过点对点协议包通过点对点协议(PPP)映射到映射到 SDH/SONET传输帧传输帧(STM-n)中中将路由器的处理能力和吞吐量提高到千兆比特每秒甚至更高将路由器的处理能力和吞吐量提高到千兆

14、比特每秒甚至更高以解决目前路由器的吞吐量不够的问题以解决目前路由器的吞吐量不够的问题PPP利用类似利用类似HDLC帧帧(RFC 1662)HDLC是非常老的技术是非常老的技术处理处理HDLC帧是基于比特流帧是基于比特流耗费大量的耗费大量的 CPU或硬件资源且效率不高或硬件资源且效率不高优点优点协议开销低协议开销低,相对带宽利用率高相对带宽利用率高网络简单、运行费用低，已有的庞大且性能稳定的网络简单、运行费用低，已有的庞大且性能稳定的SDH网网缺点缺点网络结构很不灵活，不易扩展网络结构很不灵活，不易扩展由于由于PPP无编址和寻址无编址和寻址 能力要求使用昂贵的能力要求使用昂贵的 SDH电路来实现

15、全网电路来实现全网状互连状互连只能支持点对点的路由器间连接只能支持点对点的路由器间连接 路由器间需要大量的路由器间需要大量的SDH/SONET数字电路来互连数字电路来互连流量控制和带宽管理流量控制和带宽管理PPP并不提供任何带宽管理和并不提供任何带宽管理和 QoS能力能力在在 IP层实现层实现 带宽管理和带宽管理和 QoS是非常复杂的是非常复杂的 固定带宽固定带宽,无流量控制无流量控制,带宽利用率低带宽利用率低难支持多媒体业务，如保证话音通信和视频通信的难支持多媒体业务，如保证话音通信和视频通信的QoS适用于尽力传送的适用于尽力传送的 IP骨干网骨干网(骨干路由器数目较少骨干路由器数目较少)光

16、通路DWDM光复用段DWDM光传输段IP适配IP协协 议议 功功 能能数据包：数据包：IPv4、IPv6IP多协议封装、分组定界多协议封装、分组定界差错检测、差错检测、QoS控制控制适配方式和带宽管理适配方式和带宽管理连接性证实连接性证实带宽复用带宽复用线路故障分段和保护切换线路故障分段和保护切换其他传送网维护功能其他传送网维护功能高速传输高速传输光放大器故障分段光放大器故障分段目前目前 DWDM联网处于初级阶段联网处于初级阶段只有复用设备只有复用设备,上下复用还不能动态进行上下复用还不能动态进行光光 ADM、光交叉连接设备还需要一段时间才能推出光交叉连接设备还需要一段时间才能推出IP ove

17、r WDM需要开发一种帧结构需要开发一种帧结构(类似于类似于 PPP)来包装来包装 IP分组分组需要有适配功能需要有适配功能IP over WDM适合组建适合组建 因特网骨干网的核心因特网骨干网的核心将会对将会对 IP over ATM和和IP over SDH造成一定的冲击造成一定的冲击适合于以尽力传送为代表的适合于以尽力传送为代表的 IP数据业务数据业务 以太网的技术发展过程以太网的技术发展过程70年代，年代，Xerox公司的研究中心发明了以太网技术；公司的研究中心发明了以太网技术；1983年，年，10Mb/s以太网成为以太网成为IEEE标准；标准；1995年，年，100Mb/s以太网技术

18、成为以太网技术成为IEEE标准；标准；1998年，完成年，完成1000Mb/s以太网标准制定。以太网标准制定。早期的早期的10Mb/s以太网以使用同轴电缆作为传输介质，以太网以使用同轴电缆作为传输介质，80年年代后期，光纤被用作以太网传输介质，代后期，光纤被用作以太网传输介质，90年代，基于非屏蔽双绞年代，基于非屏蔽双绞线的以太网成为标准，这极大地推动了以太网市场。线的以太网成为标准，这极大地推动了以太网市场。1单网段以太网单网段以太网LAN（总线结构、总线结构、CSMA/CD协议）协议）2、使用集线器（使用集线器（HUB）构建多网段局域网（星型结构）构建多网段局域网（星型结构）3、使用多端口

19、的网桥局域网交换设备，构建全双工通信局域网、使用多端口的网桥局域网交换设备，构建全双工通信局域网数据 接 收 数 据 发 送 6数据 接 收 数 据 发 送 3数据 发 送 数 据 接 收 2数据 发 送 数 据 接 收 1网卡 侧 功能HUB侧 功 能引脚 号RJ45的引脚定义直连网线：一一对应；直连网线：一一对应；交叉网线：交叉网线：1/3线交叉、线交叉、2/6线交叉；线交叉；引脚引脚1和和2发送，引脚发送，引脚3和和6接收的端口称为介质相关接口（接收的端口称为介质相关接口（MDI），PC机有机有MDI端口。端口。引脚引脚1和和2接收，引脚接收，引脚3和和6发送的端口称为介质相关接口交叉（

20、发送的端口称为介质相关接口交叉（MDIX），），如集线器（如集线器（HUB）上的端口。上的端口。在一个终端系统的在一个终端系统的MDI端口与一个集线器的端口与一个集线器的MDIX端口之间使端口之间使用直连网线连接。用直连网线连接。部分集线器提供了一个专用部分集线器提供了一个专用MDI端口，可以用直连网线将一台集端口，可以用直连网线将一台集线器的线器的MDI端口与另一台集线器的端口与另一台集线器的MDIX端口端口连接。连接。常见网络设备常见网络设备集线器HUB网 桥BRIDGE交换机SWITCH路由器ROUTER以太网工作原理以太网工作原理应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示

21、层会话层传输层网络层数据链路层物理层DATA00e0.fc01.123400e0.fc01.1233应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层00e0.fc01.123400e0.fc01.123300e0.fc01.1232以太网工作原理以太网工作原理应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层DATA00e0.fc01.1234ffff.ffff.ffff应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层00e0.fc01.123400e0.fc01.123300e0.fc01.1232HUBHUB工作原理工作原理BRIDGEBRIDGE工作

22、原理工作原理SWITCHSWITCH工作原理工作原理ROUTERROUTER工作原理工作原理以太网帧中继令牌环局域网协议ETHERNET/TOKENRING网 络 协 议 IP/IPX/APPLETALK广域网协议PPP/FR/X.25/ATM路 由 协 议 RIP/IGRP/EIGRP/OSPF/IS-IS/BGPVLAN（Virtual LANs，即虚拟局域网）目前发展很快，世界上主要的大网络厂商在他们的交换机设备中都实现了VLAN协议。实际应用中，VLAN成员的定义可以分为4种:A、根据以太网交换机的端口划分VLAN；B、根据主机的MAC地址划分VLAN；C、根据网络层划分VLAN；D、IP组播作为VLAN。VLAN1VLAN2VLAN3隔离广播增强安全性便于管理 802.1Q协议定义了VLAN功能的实现，每一个支持802.1Q协议的主机，在发送数据包时，都在原来的以太网帧头中的源地址后增加了一个4字节的802.1Q帧头.这4个字节的802.1Q标签头包含了一个12位的VLAN Identified(VLAN ID)域，指明VLAN的ID，最大数值为4095，