第六章IP交换与局域网交换

2019/12/18《现代交换技术》1第六章IP交换和局域网交换3局域网TCP/IP协议2概述13MPLS网络技术IP交换技术42019/12/18《现代交换技术》2第六章IP交换和局域网交换6.1概述2019/12/18《现代交换技术》3交换技术概述第一阶段，面向终端的计算机网络，计算机技术和通信技术相接合；第二阶段，面向通信子网的计算机网络，随着计算机网络技术的发展，将计算机网络分为资源子网和通信子网，通信子网中使用了分组交换技术；第三阶段，符合国际标准的计算机网络，提出了开放系统互连参考模型，解决了计算机网络互连协议的标准化。第四阶段，计算机网络向高速化，智能化和宽带化发展。2019/12/18《现代交换技术》4局域网局域网通常是一种专有网络，通常位于一个建筑物内，或一个校园内，覆盖范围通常是几千米，连接计算机从几台到几百台。目前绝大部分局域网中均采用了交换技术。2019/12/18《现代交换技术》5互联网互联网是覆盖全球的计算机网络，在互联网中采用了TCP/IP协议，IP协议的主要作用是屏蔽不同网络的差异为用户提供统一的网络连接，这种网络称为因特网（Internet）。将第二层交换技术与广泛使用的第三层路由技术结合起来就形成了IP交换技术。IP交换技术具有二层交换和三层路由的优点，为用户提供满意的服务。2019/12/18《现代交换技术》6第六章IP交换和局域网交换6.2TCP/IP协议2019/12/18《现代交换技术》7TCP/IP协议参考模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层接入层互联网层传输层应用层TCP/IP网络体系结构OSI/RM网络体系结构2019/12/18《现代交换技术》8接入层的功能接入层的主要功能是向互联网层提供标准的接口，它主要是解决在一个网络中两个端系统之间传送数据的问题。它对应着OSR/RM中的下两层：物理层和数据链路层。2019/12/18《现代交换技术》9互联网层功能因特网是由大量的异构网络组合而成的，如果两台主机处于不同的网络上，则数据需要经过多个互连的网络完成正确的传输，这就是互联网层完成的主要功能，通过互联网层将异构网络连接起来。互联网层采用的主要协议是互联网协议IP，它提供跨越多个网络的路由功能和中继功能，主要的设备是路由器。2019/12/18《现代交换技术》10传输层的功能为了保证数据传输的可靠性，则在互联网层上增加传输层，以保证数据传输的可靠性。传输层的任务是复杂主机中两个进程之间的通信。传输层可以使用两种协议：传输控制协议TCP协议和用户数据报协议UDP协议。TCP协议是面向连接的通信，保证数据传输的顺序。UDP协议是无连接的通信，是一种尽力而为（besteffort）传输。2019/12/18《现代交换技术》11应用层协议文件传输协议FTP域名服务DNS超文本传输协议HTTP简单邮件传输协议SMTP简单网络管理协议SNMP2019/12/18《现代交换技术》12IP分组格式版本IHL服务类型总长度标识标志片偏移生存时间协议分组头校验和源IP地址目的IP地址可选字段填充048161924312019/12/18《现代交换技术》13IP分组格式版本（4bit）指IP协议的版本。通信双方进行通信时使用的IP协议版本号必须一致，目前广泛使用的IP协议版本是第四板（IPv4），IP协议的最新版本是IPv6。分组头长度（4bit）表示分组头长度（以4字节为1单位），该字段表示的最大为15,IP分组头的最大长度为60字节；最小为5，最常用的分组头长度为20。当IP分组头长度不是4字节的整数倍时，必须使用填充字段加以填充，使得IP分组头的长度保持为4字节的整数倍。2019/12/18《现代交换技术》14IP分组格式服务类型（8bit）表示分组传输时要求网络提供的服务类型，前三个比特表示优先级，可以分为8个优先级；第四个比特表示要求更低的时延；第五个比特表示要求更高的吞吐量；第六个比特表示要求更高的可靠性；第七个比特表示要求代价更小的路由。总长度（16bit）表示IP分组的总长度，包括分组头和数据两部分，单位是字节，因此IP分组的最大长度为65535字节。2019/12/18《现代交换技术》15IP分组格式标识（16bit），标志（3bit），片偏移（13bit）IP分组通过数据链路层传输时，不同的数据链路层帧中数据段有最大长度，称为最大传送单元（MaximumTransferUnit，MTU）,当MTU小于IP分组长度时，就需要将IP分组划分为多个分组后传输，这个过程称为分片。IP分组头中的标识字段、标志字段和片偏移字段完成分片任务。生存时间（8bit），记为TTL（TimeToLive），该字段用来指示分组被允许存留在网络中的时间，多数路由器将此字段解释为分组在网络中被允许经过的跳数，分组在传输前，由源端主机将此字段设置一个初始值，分组在传输时，每经过一个路由器该值减1，如果分组在到达目的端时该值为0，则路由器将会丢弃该分组，并向源端发送一个错误信息。2019/12/18《现代交换技术》16IP分组格式协议（8bit）协议字段表示分组中携带的数据使用何种协议，以便目的端主机的IP层知道将数据部分交给哪个处理过程。分组头校验和（16bit）该字段只校验分组头的数据是否准确，而不包括数据部分。源IP地址和目的IP地址，各占4字节这些字段包含了源主机地址和目的主机地址，IP地址格式在后文中进行讨论。2019/12/18《现代交换技术》17IP地址0网络ID主机ID网络ID主机ID网络ID分组头校验和0181631A类23101101110组播地址1111保留用于试验B类C类D类E类特殊地址主机号为全1表示本网络内所有的主机，采用广播方式通信。主机号为全0表示网络地址。IP地址表示方法IP地址通常采用带点的十进制表示，从而便于用户使用。地址分为四个字节，每个字节由一个十进制数字表示，并通过一个点进行分割。2019/12/18《现代交换技术》18地址解析协议198.101.20.12198.101.20.15198.101.20.13198.101.20.14ARP请求（198.101.20.15的MAC地址是什么？）198.101.20.12198.101.20.15198.101.20.13198.101.20.14ARP响应（198.101.20.15的MAC地址15-00-A3-BE-11）IP地址转为物理地址2019/12/18《现代交换技术》19反向地址解析协议RAPR物理地址转为IP地址无盘工作站首先向网络中广播发送RARP请求，在请求中写入自己的MAC地址。RARP服务器有一个事先做好的从无盘工作站的MAC地址映射到IP地址的映射表。当收到RARP请求分组后，RARP服务器就从这个映射表中查出该无盘工作站的IP地址，然后写入RAPR响应分组中，发回给无盘工作站。无盘工作站采用这种方法获得自己的IP地址。2019/12/18《现代交换技术》20因特网报文控制协议ICMP类型代码校验和IP头和原始数据报的64比特未使用081631类型：类型用于识别消息的类型。代码：对于一个特定的类型，代码字段描述了此消息的目的。校验和：用于检测ICMP消息中的错误。IP头加上原始的数据的64比特：该字段将ICMP消息中的信息与IP分组中的原始数据相匹配，可用于诊断目的。2019/12/18《现代交换技术》21ICMP的错误报文终点不可达源站抑制时间超时参数错误改变路由（重定向）2019/12/18《现代交换技术》22ICMP询问报文回送请求和回答时间戳请求和回答掩码地址请求和回答路由器询问和通告2019/12/18《现代交换技术》23路由选择协议因特网的路由选择策略主要是自适应的分布式路由选择协议。由于因特网的规模非常大，因此将整个互联网分为许多较小的自治系统（AutonomousSystem,AS）。AS最重要的特点是AS有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议。根据自治系统，因特网将路由选择协议又分为两大类内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）外部网关协议（ExternalGatewayProtocol，EGP）2019/12/18《现代交换技术》24内部网关协议RIPRIP适合于小型互联网，是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其它每一个目的网络的距离记录，RIP协议的距离也称为跳数，每经过一个路由器，跳数就加1，RIP认为一个好的路由就是通过的路由器数目少，因此RIP总是在多个路由中选择具有最少路由器的路由。2019/12/18《现代交换技术》25开发最短路径优先协议每个采用OSPF的路由器监视每个相邻节点的链路状态，然后将链路状态信息以洪泛方式发送到网络内的其它路由器。采用这种方式可以使网络内每个路由器构造一个相同的链路状态数据库，以描述完整的网络拓扑。OSPF的链路状态数据库可以较快的更新，这也是其重要优点。OSPF使用了层次结构的区域划分，使得它可以用于规模很大的网络。2019/12/18《现代交换技术》26边界网关协议一个边界网关协议的目的是两个不同的AS之间交换路由信息，以便使IP数据可以跨越AS边界流动。由于因特网规模太大，使得自治域系统之间路由选择非常困难，因此EGP将重点更多的放在策略问题而不是路径优化问题。边界网关协议BGP是一个AS之间的路由协议，它被用来在BGP路由器之间交换网络的可达性信息，它只能力求寻找一条能够到达目的网络的而且比较好的路由。GBP采用了路径向量路由协议。2019/12/18《现代交换技术》27IP分组传送接口接口交换结构路由表路由协议路由数据库路由更新路由更新目的地址提取IP数据包IP数据包控制部分转发部分2019/12/18《现代交换技术》28IP分组的转发过程203.0.0.7203.0.0.4202.0.0.8201.0.0.8201.0.0.5200.0.0.1网络4203.0.0.0网络3202.0.0.0网络2201.0.0.0网络1200.0.0.0R1R2R3目的地址下一跳地址202.0.0直接转发201.0.0直接转发200.0.0.201.0.0.5203.0.0.0203.0.0.4目的地址下一跳地址200.0.0直接转发201.0.0直接转发202.0.0.201.0.0.5203.0.0.0201.0.0.5目的地址下一跳地址202.0.0直接转发203.0.0直接转发200.0.0.203.0.0.4203.0.0.0203.0.0.42019/12/18《现代交换技术》29第六章IP交换和局域网交换6.3局域网2019/12/18《现代交换技术》30局域网基本技术采用共享通信媒体的连接方式；能够进行广播和组播通信；有限的覆盖范围（小于10km）；较高的传送速率（1～100Mbps甚至更高）；较低的误码率；各站之间为平等关系。2019/12/18《现代交换技术》31局域网体系结构物理层应用层逻辑链路控制子层媒体范围控制子层高层数据链路层物理层2019/12/18《现代交换技术》32局域网数据传输物理层应用层逻辑链路控制子层媒体范围控制子层物理层应用层逻辑链路控制子层媒体范围控制子层局域网2019/12/18《现代交换技术》33局域网标准802.3802.4802.5802.6802.9802.11802.2802.1物理层MAC子层LLC子层高层物理层数据链路层高层IEEE标准LANOSI/RM2019/12/18《现代交换技术》34交换式以太网使用HUB的网络拓扑结构2019/12/18《现代交换技术》35交换式以太网以太网交换机可以实现在多个端口之间建立多个连接，而且每个连接都工作在全双工方式下，每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样，进行无碰撞的数据传输，在通信完毕后断开连接。端口地址123456MAC(