數據通信網講解課件

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1、第二部分第二部分 數據通信網數據通信網解決問題：IP地址是用來干什么？MAC地址是用來干什么的？路由器與交換機的區(qū)別？VLAN與子網的區(qū)別？物理端口和邏輯端口的區(qū)別？為什么要用七層模型？互聯(lián)網是怎樣運行的？2.1 互聯(lián)網的組成互聯(lián)網的組成 CHINANET的組成；接入網的組成2.2 OSI參考模型與數據通信參考模型與數據通信 OSI-RM七層及功能；各層的關系及數據通信過程；網絡互連及設備2.3 網絡層網絡層協(xié)議協(xié)議網絡層協(xié)議概述；IP；其他網絡層協(xié)議2.4 傳輸層傳輸層協(xié)議協(xié)議傳輸層協(xié)議功能與端口；TCP；UDP與SCTP2.5 其他層其他層協(xié)議協(xié)議物理層；數據鏈路層；應用層 2.1互聯(lián)網的

2、組成2024/6/25現代通信網技術（1）CHINANET的組成如何判斷一個網絡是廣域網還是通信子網，取決于網絡中是否含有主機。如果一個網絡只含有中間轉接站點（IMP），則該網絡僅是一個通信子網；反之，如果網絡中既包含IMP，又包含用戶的主機，則該網絡是一個廣域網。圖13.33就是一個互聯(lián)網示意圖，它是建立在不同硬件結構的MAC地址之上的虛擬網，用統(tǒng)一的IP地址實現網絡的互聯(lián)。CHINANET是中國公用計算機互聯(lián)網，采用TCP/IP協(xié)議，并通過高速數字專線與國際Internet互聯(lián)。CHINANET與國內的企業(yè)網，校園網和各種局域網互聯(lián)，構成中國的Internet。2024/6/25現代通信網

3、技術2024/6/25現代通信網 （2）數據接入網）數據接入網 在通信網中，而接入網又大體分成有線和無線接入網兩大類?，F有的：用光纖接入的光纖接入網，如FTTB、FTTC、FTTH等；用銅線接入的銅纜接入網，如ADSL、HDSL、VDSL等；用光纖和同軸電纜接入的混合接入網，如HFC、CATV等；利用五類線接入的以太接入網，如LAN等；利用光纖、銅線或無線接入的電話接入網，如遠端模塊、遠端用戶單元等。2024/6/25現代通信網表6-1 FTTH與傳統(tǒng)網絡接入方式的比較表HFCADSL以太網FTTH全光網絡傳輸載體同軸電纜普通電話線五類網線光纖傳輸距離3公里100米不限最高速率100Mb/s非

4、對稱8Mb/s100Mb/s1000Mb/s以上IP視頻流差差較好好互動電視優(yōu)秀差一般較好高速上網較好一般一般好高清晰電視較好最差差較好長距離衰減一般差最差好2024/6/25現代通信網 圖 光纖接入網2024/6/25現代通信網無源光網絡在以太網已經廣泛地應用于用戶側網絡之中，可直接將以太幀封裝到物理層。PON光纖接入網結構，如圖所示。圖 PON光纖接入網結構 2024/6/25現代通信網 銅纜接入也稱為xDSL接入，這是利用充分利用埋在地下的銅線資源實現寬帶接入。圖6.4所示的是 xDSL接入結構。xDSL中的x是一種泛指的數字用戶線(DSL)技術，其中x可以是A（即ADSL）、或H（即H

5、DSL）、或V（即VDSL）等。圖6.4 xDSL接入結構Page 13lPassive Optical Network 無源光網絡無源光網絡OLTONUOptical Line Terminal 光線路終端Optical Network Unit 光網絡單元Passive Optical Splitter 無源分光器PSTNInternetCATVONUONU PON是一種點到多點（是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡；）結構的無源光網絡；PON由由光線路終端光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、）、光網絡單元光網絡單元 ONU（Optical Network

6、 Unit）和無源分光器和無源分光器POS（Passive Optical Splitter）組成；）組成；Passive Optical Splitter 無源分光器Page 14GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks）三大優(yōu)勢：三大優(yōu)勢：1、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑20KM；2、更高的帶寬：對每用戶下行、更高的帶寬：對每用戶下行2.5G/上行上行1.25G（物理層）；（物理層）；3、分光特性：局端單根光纖經分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源。、分光特性：局端單根光纖經

7、分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源。GPON支持支持Tripleplay業(yè)務，可提供全業(yè)務競爭方案可以有效解決雙絞線接入的業(yè)務，可提供全業(yè)務競爭方案可以有效解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業(yè)務的需求，如高清電視、實況轉播等，帶寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業(yè)務的需求，如高清電視、實況轉播等，GPON是是三網合一的上佳方案。三網合一的上佳方案。GPON標準完善，綜合業(yè)務支持好，技術要求高標準完善，綜合業(yè)務支持好，技術要求高全球大運營商的選擇全球大運營商的選擇1Mbps 3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL/ADSL2+Copper BasedPONF

8、iber Based2002200320062010以后的時間以后的時間帶寬帶寬互聯(lián)網視頻會議遠程控制接入技術業(yè)務需求VoD標清電視視頻會議Game實況TVVoDHDTV3km2km1km20km覆蓋半徑為什么選擇為什么選擇GPON?Page 15lGPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現單纖雙向傳輸（強制）。l為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術：下行數據流采用廣播技術；上行數據流采用TDMA技術。1490nm1310nmGPON原理原理-數據復用技術數據復用技術Page 16廣播方式：廣播方式：GPONGPON的下行幀長為固定的的下行幀長為固定的125us125us，

9、如：攜帶，如：攜帶1518B1518B，下行為廣播方式，所，下行為廣播方式，所有的有的ONUONU都能收到相同的數據，通過都能收到相同的數據，通過Gemport ID,ONUGemport ID,ONU來識別、區(qū)分和過濾屬于自己來識別、區(qū)分和過濾屬于自己的數據。的數據。GPON原理原理-下行數據下行數據Page 17GPON原理原理-上行數據上行數據TDMATDMA方式：方式：GPONGPON的上行是通過的上行是通過TDMATDMA（時分復用）的方式傳輸數據，上行鏈路被分成（時分復用）的方式傳輸數據，上行鏈路被分成不同的時隙，根據下行幀的不同的時隙，根據下行幀的upstream bandwid

10、th mapupstream bandwidth map字段來給每個字段來給每個ONUONU分配上行時隙，分配上行時隙，這樣所有的這樣所有的ONUONU就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數據了，不會產生為了爭奪時隙而就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數據了，不會產生為了爭奪時隙而沖突。沖突。2024/6/25現代通信網技術 綜合布線系統(tǒng)由六個子系統(tǒng)組成，即建筑群布線子系統(tǒng)、建筑物垂直布線子系統(tǒng)、水平布線子系統(tǒng)、工作區(qū)布線子系統(tǒng)、設備區(qū)子系統(tǒng)、管理處子系統(tǒng)。大型布線系統(tǒng)需要用銅介質和光纖介質部件將六個子系統(tǒng)集成在一起。下圖所示的是包含了其中主要四部分的模型圖。2024/6/25現代通信網技術 圖6.12

11、 綜合布線模型 2.2 OSI參考模型與數據通信參考模型與數據通信2.2 OSI參考模型與數據通信參考模型與數據通信 ISO負責制定大型網絡的標準，包括與Internet相關的標準，它提出的OSI RM（開放系統(tǒng)互連參考模型），描述了網絡的工作機理，為數據通信網絡構建了一個易于理解的模型。在數據通信中常用的TCP/IP協(xié)議棧與OSI七層參考模型關系是密不可分的。由于多種協(xié)議的并存，使得網絡兼容已成為主要問題。因此，使得ISO早在1984年就提出的OSI RM成為數據通信的基礎模型。圖2.1 OSI七層參考模型及功能圖2.1 OSI七層參考模型及功能（應用與傳輸）圖2.1 OSI七層參考模型及功

12、能（封裝方式）圖2.1 OSI七層參考模型及功能（相互關系）圖2.1 OSI七層參考模型及功能（服務方向）對等層傳輸的信息就稱為數據協(xié)議數據單元（PDU）。相應地，應用層數據稱為應用層協(xié)議數據單元（APDU），表示層數據稱為表示層協(xié)議數據單元（PPDU），會話層數據稱為會話層協(xié)議數據單元（SPDU）。（1）應用層。是OSI參考模型最靠近用戶的一層，它為用戶的應用進程訪問OSI環(huán)境提供服務。應用層識別并驗證目的通信方的可用性，使協(xié)同工作的應用程序之間同步。協(xié)議：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。（2）表示層。它提供數據格式轉換服務，數據加密、數據表示標準服務等。該服務層處理的是通信雙方

13、之間的數據表示問題，表示層的主要功能為：語法轉換、傳送語法的選擇、常規(guī)功能等。協(xié)議有：數據結構標準的EBCDIC、ASCII；圖像標準的JPEG、TIFF、GIF；視頻標準的MIDI、MPEG、QuickTime等。（3）會話層。它通過執(zhí)行多種機制在應用程序間建立、維持和終止會話。會話層機制包括計費、話路控制、會話參數協(xié)商等。會話層提供遠程會話地址、會話建立后的管理，提供報文分組重新組的功能。協(xié)議：結構化查詢語言（SQL）、網絡文件系統(tǒng)（NFS）、遠程過程調用（RPC）、網絡基本輸入/輸出系統(tǒng)（NetBIOS）、Windows系統(tǒng)等。（4）傳輸層。它的主要設置目的就是在源主機和目的主機進程之間

14、提供可靠的端到端通信。主要功能為：連接管理；負責傳輸連接的建立、維護與釋放，傳輸連接的建立過程稱為“握手”；流量控制；傳輸層在發(fā)送本層數據分組時，還要確保數據的完整性；差錯檢測與恢復；提供用戶要求的服務質量和端到端的可靠通信。協(xié)議：TCP、UDP、SCTP、SPX等。（5）網絡層?？梢酝ㄟ^路由選擇協(xié)議來確定數據包從源端到目的端路由。網絡層的主要功能是建立、維護和拆除網絡連接，組包/拆包，路由選擇，擁塞控制等。網絡層有代表性的協(xié)議有：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP和RARP等。（6）數據鏈路層。它的主要功能是負責數據鏈路信息從源點傳輸到目的點的數據傳輸與控制，保證將源端主機網絡層的數據

15、包準確無誤地傳送到目的主機的網絡層。數據鏈路層傳輸的基本單位是幀。數據鏈路層與物理地址、網絡拓撲、線纜規(guī)劃、錯誤校驗和流量控制等有關。協(xié)議：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。（7）物理層。第一層是物理層（physical layer），它涉及在通信信道（channel）上傳輸的原始比特流，實現傳輸數據所需要的機械、電氣、功能特性及過程等手段。物理層涉及電壓、電纜線、數據傳輸速率、接口等的定義。典型規(guī)范：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-499、V.35、RJ-45等。我們可以將終端或網絡設備之間平行相對應的層稱為對等層或對應層。將終端或網絡設備中上、下相接的層稱為

16、相鄰層對等層之間聯(lián)系通過相同的協(xié)議，相鄰層之間聯(lián)系通過原語。關于上、下層的相鄰層關系，我們還可以將它理解為用戶和服務的關系，即上層是下層的用戶，下層是為上層提供服務。每一層利用下一層提供的服務，使用自己的協(xié)議與對等層通信。而習慣上又將傳輸層數據稱為段（segment），網絡層數據稱為數據包（packet），數據鏈路層數據稱為幀（frame），物理層數據稱為比特流（bit stream）。如：兩個終端設備的對等傳輸層利用數據段進行通信，傳輸層的段成為網絡層數據包的一部分，網絡層數據包又成為數據鏈路層幀的一部分，最后轉換成比特流傳送到對端物理層，又依次到達對端數據鏈路層、網絡層、傳輸層，實現了對等

17、層之間的通信。封裝（encapsulation）是指網絡節(jié)點（node）將要傳送的數據用特定的協(xié)議頭打包來傳送數據，有時候，我們也可能在數據尾部加上報文，這些就是封裝過程。封裝就是以保證數據能夠準確無誤地到達目的地，被對端設備理解、執(zhí)行。例題 用OSI七層模型的概念，概述數據從主機到服務器的傳送過程。虛電路服務：在虛電路服務方式中，為了進行數據的傳輸，網絡的源主機和目的主機之間先要建立一條邏輯通道。虛電路服務方式是網絡層向傳輸層提供的一種使所有分組能按順序到達目的主機的可靠的數據傳送方式。也可以理解為在進行數據交換的兩端主機之間存在著一條為它們提供服務的虛電路。數據報服務：數據報服務類似于郵政

18、系統(tǒng)的信件投遞。每個分組都攜帶完整的源、目的節(jié)點的地址信息，獨立地進行傳輸，每當經過一個中間節(jié)點時，都要根據目標地址和網絡當前的狀態(tài)，按一定的路由選擇算法選擇一條最佳的輸出線，直至傳輸到目的節(jié)點。面向連接服務（Connect-oriented Service）。面向連接服務含義指在使用該服務之前用戶首先要建立連接，而在使用完服務之后，用戶應該釋放連接，當被叫用戶拒絕連接時，連接宣告失敗。它適用于延遲敏感性應用。在建立連接階段，在有關的服務原語以及協(xié)議數據單元中，必須給出源主機和目的主機的地址，建立虛電路連接；在數據傳輸階段，可以使用一個連接標識符來表示上述這種連接關系。無連接服務（Connec

19、tionless Service）。無連接服務是指兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關資源不需要事先進行預定保留，這些資源是在數據傳輸時動態(tài)地進行分配的，它適用于延遲不敏感的應用。無連接服務就好比郵政系統(tǒng)，每個報文帶有完整的目的地址，并且每一個報文都獨立于其他報文，經由系統(tǒng)選定的路線傳遞。協(xié)議棧是指在OSI參考模型的所有層里，相互協(xié)作或作為一個組來通信的相關通信協(xié)議的集合，如TCP/IP協(xié)議棧、IPX/SPX協(xié)議棧等。TCP/IP協(xié)議棧如圖所示，TCP/IP協(xié)議在報文轉發(fā)過程中，封裝和去封裝也發(fā)生在各對等層之間?？梢詫SI參考模型合并為5層：應用層、傳輸層、網絡層、數據

20、鏈路層和物理層，而TCP/IP協(xié)議棧則體現在3個層：應用層、傳輸層和網絡層，TCP/IP協(xié)議棧能支持所有標準的物理層和數據鏈路層協(xié)議 圖2.2 TCP/IP協(xié)議棧對應協(xié)議 圖2.2 TCP/IP協(xié)議棧對應連接圖2.2 TCP/IP協(xié)議棧對應地址 圖2.2 TCP/IP協(xié)議棧對應設備 圖2.2 TCP/IP協(xié)議棧網絡設備與OSI七層模型協(xié)議的對應關系如圖1.3所示。以下對各設備做簡單的介紹。圖2.3 網絡設備與OSI七層模型協(xié)議的對應關系網絡設備與OSI七層模型協(xié)議的對應關系如圖1.3所示。以下對各設備做簡單的介紹。圖2.3 網絡設備與OSI七層模型協(xié)議的對應關系（1）轉發(fā)器（repeater）

21、：也稱中繼器，指物理層互連設備。（2）網橋（bridge）：也稱橋接器，指數據鏈路層互連設備，鏈路層的幀中繼。（3）交換機（Switch）：數據鏈路層或網絡層以上的互連設備。（4）路由器（Router）：指網絡層互連設備。在網絡層上實現網絡的互連。（5）網關（Gateway）：指網絡層以上互連設備。（6）四層交換機或會話交換機：是基于“數據流”的概念來進行數據報文的尋徑轉發(fā)的，（7）服務器（Server）：大多數服務器是網絡的核心（當然對等網也可以沒有服務器）。（8）網絡適配器（Network Adapter）：指網卡等，它的主要作用是將計算機數據轉換為能夠通過介質傳輸的信號。（9）防火墻（F

22、ire Wall）：在互聯(lián)網的子網（或專用網）與互連網之間設置的安全隔離設施，達到網絡和信息安全的效果。（10）IP交換（IP Switching）：即IP交換機。IP交換機可以由ATM交換機和IP交換控制器組成。（11）IP電話（IP Phone）：在IP網上提供的具有一定服務質量的語音業(yè)務的終端設備。（12）（IP電話）網守（IP Phone）Gatekeeper：也稱關守，是在IP電話網上提供地址解析和接入認證的設備。（13）網絡終端（PC、支持數據通信的移動臺等）：通常都具有由高層到低層的完備功能。（14）七層交換機或高層智能交換：第七層交換技術可以定義為數據包的傳送不僅僅依據MAC地

23、址、IP地址以及TCP/UDP端口，而且可以根據內容進行傳送。（15）Web交換機：高層交換技術的一個典型應用就是Web交換機。在目前Internet網站上的信息量和訪問急劇增長的前提下，怎樣使每個用戶都可以得到QoS的保證是一個越來越重要的問題。2.3 網絡層網絡層協(xié)議協(xié)議 網絡層利用數據鏈路層和物理層提供的服務來實現傳輸層的通信，將數據包從源網絡發(fā)送到目的網絡。通常網絡層設備的每一個接口都有存在于OSI參考模型的第三層的網絡層地址，又稱協(xié)議地址或邏輯地址。被路由協(xié)議（routed protocol），也稱網絡層協(xié)議，是定義數據包內各個字段的格式和用途的網絡層封裝協(xié)議，該網絡層協(xié)議允許將數據

24、包從一個網絡設備轉發(fā)到另外一個網絡設備。路由選擇協(xié)議（routing protocol），通過在路由器之間共享路由信息來支持可路由協(xié)議。路由信息在相鄰路由器之間傳遞，確保所有路由器知道到其他路由器的路徑。圖2.4 計算機網絡協(xié)議體系結構圖2.4 計算機網絡協(xié)議體系結構網絡層為了保證數據包的成功轉發(fā)，主要協(xié)議有：IP（Internet Protocol，互聯(lián)網協(xié)議）、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議）、RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析協(xié)議）、ICMP（Internet Control Mes

25、sage Protocol，網際控制消息協(xié)議）和IGMP（Internet Group Management Protocol，網際組管理協(xié)議）。IP地址，又稱邏輯地址，它用來標識每一臺網絡設備或接口。圖2.5 IP地址類型A類IP地址的網絡地址為第一個8位數組（octet），第一字節(jié)以“0”開始。因此，A類網絡地址的有效位數為81=7位，第一字節(jié)為1126（127留做它用）。A類地址的主機地址位數為后面的3字節(jié)，共24位，地址的范圍為1.0.0.0126.255.255.255，每一個A類網絡共有224個A類IP地址。B類IP地址的網絡地址為前兩個8位數組，第一字節(jié)以“10”開始。因此，B類

26、網絡地址的有效位數為162=14位，第一字節(jié)為128191。B類地址的主機地址位數為后面的兩字節(jié)，共16位。B類地址的范圍為128.0.0.0191.255.255.255，每一個B類網絡共有216個B類IP地址。C類IP地址的網絡地址為前3個8位數組，第一字節(jié)以“110”開始。因此，C類網絡地址的有效位數為243=21位，第一字節(jié)為192223。C類地址的主機地址部分為后面的一字節(jié)，共8位。C類地址的范圍為192.0.0.0223.255.255.255，每一個C類網絡共有28=256個C類IP地址。InterNIC預留了以下網段作為私有IP地址：A類地址10.0.0.010.255.255

27、.255；B類地址172.16.0.0172.31.255.255；C類地址192.168.0.0192.168.255.255等。私有IP地址是由InterNIC預留的由各個企業(yè)內部網自由支配的IP地址。私有IP地址不能在公網上使用，當訪問Internet時，需要利用網絡地址轉換（NAT）技術，把私有IP地址轉換為Internet可識別的公有IP地址。IP地址主要特點概括如下。IP地址分等級（網絡號+主機號）的好處：IP地址管理機構在分配IP地址時只分配網絡號（最開始按類，后來分子網）。路由器僅根據目的主機所連接的網絡號來轉發(fā)分組，這樣就使得路由表中的項目數大幅度減少，從而減小路由表存儲空間

28、。IP地址（或其中某個字段）和主機地理位置沒有對應關系。IP地址管理機構在分配IP地址時只分配網絡號，實質是從地址管理機構到用戶逐級提供路由支持。所有net-id都是平等的。同一局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。2個路由器直接相連時，可以指明IP（最好只有2個IP地址），也可以不指明。在IP地址中，可以將主機字節(jié)的一部分作為子網號（subnet-id），這樣可以增加網絡靈活性，減少廣播流量，優(yōu)化網絡性能，簡化管理，易于擴展網絡，解決IP地址不足等問題。劃分子網時，要為每臺設備指定子網掩碼（Mask），掩碼決定了第一部分網絡地址的長度，具有相同子網掩碼的設備就處于同一個子網

29、內。掩碼為32個比特位，最前面部分連續(xù)二進制“1”的個數表示IP地址網絡（含子網）位數；后面部分的連續(xù)二進制“0”的個數表示IP地址主機部分的位數。每一個網段會有一些IP地址不能用做主機IP地址，假設本網段的主機部分位數為n，那么可用的主機地址個數為2n2個。例如B類網段172.16.0.0有16個主機位，因此有216個IP地址，去掉一個網絡地址172.16.0.0，一個廣播地址172.16.255.255不能用做標識主機，那么共有2162個可用地址。例 圖2.6所示是B類地址子網及子網掩碼的劃分。掩碼最前面部分連續(xù)二進制“1”的個數為22位，表示網絡地址為22位，則掩碼為255.255.25

30、2.0，也就是子網地址（subnet-id）占用了6位主機地址（host-id）。如圖2.7所示為十進制和二進制的地址轉換表。圖2.7 十進制和二進制數的轉換IP數據報的格式如圖1.8所示，所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。數據報中各項的含義如下。版本：即所使用的IP的版本。首部長度：指的是首部占32bit的字段。TOS：即服務類型，字段包括一個3bit的優(yōu)先權子字段（現在已被忽略）、4bit的TOS子字段和1bit未用位（但必須置0）?？傞L度：指整個IP數據報的長度，以字節(jié)為單位。標識：唯一地標識主機發(fā)送的每一份數據報。通常每發(fā)送一份報文它的值就會加1。該值

31、在數據報分片時被復制到每個片中。標志：用其中一個比特來表示“更多的片”。除了最后一片外，其他每個組成數據報的片都要把該比特置1。片偏移：指的是該片偏移原始數據報開始處的位置。TTL（Time To Live）：生存時間字段設置了數據報可以經過的最多路由器數。協(xié)議：指傳輸層使用何種協(xié)議，根據它可以識別傳輸層是哪個協(xié)議向IP傳送數據。首部檢驗和：根據IP首部計算檢驗和碼。它不對首部后面的數據進行計算。源IP地址和目的IP地址字段：分別標明了發(fā)送端和接收端的IP地址。數據報以前的一個字段是可選項。ICMP報文幀結構如圖1-9所示，在每一層都要加一個頭。ICMP的特點是：與攜帶用戶信息的數據具有完全相

32、同的路由選擇；不報告攜帶ICMP報文的數據報出現的誤差；不具備可靠性和優(yōu)越性，是不可靠的無連接服務。ICMP報文格式如圖1.10所示，不同類型ICMP報文由類型字段（Type）和代碼字段（Code）共同決定。具體定義由專表描述，表明ICMP報文是一份查詢報文還是一份差錯報文。因為對ICMP差錯報文有時需要做特殊處理，因此我們需要對它們進行區(qū)分。IGMP報文能夠讓一個物理網絡上的所有系統(tǒng)知道主機當前所在的多播組。正如ICMP一樣，IGMP也被當做IP層的一部分。IGMP報文通過IP數據報進行傳輸，它有固定的報文長度，沒有可選數據。當IP首部中協(xié)議字段值等于2時，即表明該IP數據報為IGMP報文。

33、IGMP報文的具體格式如圖1-11所示。ARP為IP地址到對應的硬件地址之間提供動態(tài)映射。我們之所以用動態(tài)這個詞是因為這個過程是自動完成的，一般應用程序用戶或系統(tǒng)管理員不必關心。它為兩種不同的地址形式提供映射：32bit的IP地址和數據鏈路層使用的任何類型的地址。ARP數據格式如圖1.12所示。傳輸層協(xié)議規(guī)定在源節(jié)點和目的節(jié)點的兩個進程實體之間，提供一種端到端的數據傳輸方式。本節(jié)主要介紹TCP和UDP兩種協(xié)議。2.4 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議TCP：為應用程序提供可靠的面向連接的通信服務，適用于要求得到響應的應用程序。目前，許多流行的應用程序都使用TCP。UDP：提供了無連接通信，且不對傳送數據包

34、進行可靠的保證。適用于一次傳輸小量數據，可靠性則由應用層來負責。TCP和UDP使用16位端口號（或者socket）來表示和區(qū)別網絡中的不同應用程序，IP使用特定的協(xié)議號（TCP為6，UDP為17）來表示和區(qū)別傳輸層協(xié)議。常用的端口號，TCP有：HTTP為80，FTP為20/21，Telnet為23，SMTP為25，DNS為53；UDP有：DNS為53，BootP為67（server）/68（client），TFTP為69，SNMP為161等。Socket主要包括以下3種類型。流式套接字（SOCK_STREAM）：流式套接字提供可靠的、面向連接的通信流。數據報套接字（SOCK_DGRAM）：數據

35、報套接字定義了一種無連接的服務，數據通過相互獨立的報文進行傳輸。原始套接字（SOCK_RAM）：原始套接字允許對底層協(xié)議如IP或ICMP直接訪問。TCP是一個可控的傳輸層協(xié)議，負責流量控制和數據報排序，在彼此交換數據之前必須先建立一個TCP連接，在一個TCP連接中，僅有兩方彼此通信。所以廣播和多播不能用于TCP。它的操作是由其報頭中的數據來管理的，TCP把該報頭添加到要傳輸的數據上。如圖1.14所示的是TCP報文格式。UDP是一個不保證可靠性的協(xié)議，而將可靠性的問題交給應用程序去解決。UDP主要是面向請求/應答式的交易型應用，它應用于那些對可靠性要求不高，但要求網絡的延遲較小的場合，如語音和視

36、頻數據的傳送。UDP盡管不保證數據報能到達目的地，但當消息較短或是要求廣播和多播時，還要采用UDP。UDP報文格式如圖1.15所示。2.5 其他層其他層協(xié)議協(xié)議 在數據通信中，物理層、數據鏈路層和應用層都有各自的功能和不可替代的作用。由于在TCP/IP協(xié)議棧中會話層和表示層都統(tǒng)一到應用層了，這里也就不再單獨介紹。物理層是為數據通信提供實現透明傳輸的物理連接。物理層首先要建立或激活一個連接，然后在整個通信過程中保持這種連接，通信結束時再釋放這種連接。為了達到數據傳輸的目的，物理層定義了電壓、接口、電纜標準、傳輸距離等。物理層是承擔數據傳輸的物理媒體（即通信通道），傳輸單位為比特。機械特性：指明接

37、口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現的電壓范圍。功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。數據鏈路層在物理層提供服務的基礎上向網絡層提供服務，其最基本的服務是將源主機網絡層來的數據可靠地傳輸到相鄰節(jié)點的目標主機網絡層，也就是幫助位于不同主機上的應用進程相互進行通信。TCP/IP支持多種不同的網絡接口層協(xié)議，這取決于網絡所使用的硬件，如以太網、令牌環(huán)網、FDDI等。圖1.16中，“物理鏈路”和“數據鏈路”是兩個不同的概念，物理鏈路（簡稱鏈路）如同物理電路，是指相鄰兩節(jié)點

38、之間（期間沒有任何交換節(jié)點）的一段傳輸線路。計算機網絡中任意兩臺計算機之間的通信路徑往往需要經過若干個交換節(jié)點轉接，此時這兩臺計算機之間是由多條這樣的鏈路串接而成的。高級數據鏈路控制（HDLC）是一種面向比特的控制協(xié)議，其最大特點是不需要數據必須是規(guī)定字符集，對任何一種比特流，均可以實現透明的傳輸。點對點協(xié)議（PPP）是面向字符的控制協(xié)議，是在SLIP（Serial Line IP）的基礎上發(fā)展起來的，PPP具有比SLIP更豐富的特性集。由于SLIP只支持異步傳輸方式、無協(xié)商過程，它逐漸被PPP協(xié)議所替代。本章主要介紹鏈路層控制協(xié)議HDLC和PPP的原理及有關配置。HDLC（High-Leve

39、l Data Link Control）協(xié)議族中的協(xié)議都是運行于同步串行線路之上，HDLC傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大靈活性。PPP（Point-to-Point Protocol）由LCP（Link Control Protocol）、NCP（Network Control Protocol）以及PPP擴展協(xié)議族組成，PPP支持同步和異步串行連接，支持多種網絡層協(xié)議。早期的應用層有遠程登錄協(xié)議（Telnet）、文件傳輸協(xié)議（FTP）和簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）等。后來出現了一些新的應用層協(xié)議：如用于將網絡中的主機的名字地址映射成網絡地址的域名服務（DNS）；網絡新聞傳輸協(xié)議（NNT

40、P）和用于從WWW上讀取頁面信息的超文本傳輸協(xié)議（HTTP）等。下面我們簡單介紹常用的幾種應用層協(xié)議。（1）文件傳輸。FTP（File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議）是用于文件傳輸的Internet標準。FTP支持一些文本文件（例如ASCII、二進制等）和面向字節(jié)流的文件結構。FTP使用傳輸層協(xié)議TCP。TFTP（Trivial File Transfer Protocol，超文本文件傳輸協(xié)議）也是用于文件傳輸，但TFTP使用UDP提供服務，被認為是不可靠的、無連接的。（2）郵件服務。SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，簡單郵件傳輸協(xié)議）支

41、持文本郵件的Internet傳輸。POP3（Post Office Protocol 3，郵局協(xié)議第3版本）是一個流行的Internet郵件標準。（3）網絡管理。SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協(xié)議）負責網絡設備監(jiān)控和維護，支持安全管理、性能管理等。（4）網絡服務。HTTP協(xié)議支持WWW（萬維網）和內部網信息交互，支持包括視頻在內的多種文件類型。DNS（域名系統(tǒng)）把網絡節(jié)點的易于記憶的名字轉化為網絡地址。WINS（Windows Internet命名服務器），此服務可以將NetBIOS名稱注冊并解析為網絡上使用的IP地址。BootP（

42、引導協(xié)議）是使用傳輸層UDP協(xié)議動態(tài)獲得IP地址的協(xié)議。2024/6/25現代通信網技術服務器（DNS），專門從事域名和IP地址之間的轉換翻譯工作。實際上域名服務器相當于一本電話簿，已知姓名就可以查到電話號碼。域名地址本身是分級結構的，所以域名服務器也是分級的。域名服務器實際上是一個數據庫，它存儲著一定范圍內的主機和網絡的域名及相應的IP地址。Internet中的IP地址唯一確定了一臺主機，但使用IP地址很不方便，因此Internet采用了一種字符型命名方法，即用表示一定意思的字符串來標識主機地址，兩者相互對應，當然主機名也要保持全網統(tǒng)一。2024/6/25現代通信網技術域名管理系統(tǒng)（Doma

43、in Name System）是一個分層的名字管理、查詢系統(tǒng)，主要提供Internet上主機IP地址和主機名相互對應關系的服務。域名系統(tǒng)要由中央管理機構（NIC）將主機名字空間劃分為若干部分，并將各部分的管理權授予相應的機構，各管理機構可以將管轄內的名字空間進一步劃分成若干子部分，并將子部分的管理權再授予相應的子機構，以完成所屬主機名和主機IP地址的管理。而域名通常就指一個管理、維護一組主機和名字的系統(tǒng)，如圖13.34所示。2024/6/25現代通信網技術2024/6/25現代通信網技術可見，Internet的域名系統(tǒng)主要有多級域名組成：無命名的根級、一級、二級及各子級域名。Internet的

44、名字空間為樹狀結構，樹上的每一節(jié)點為一個確定指示的域。其中，根級：為一特殊、由NIC管理的域，未命名。一級域名：由根級（即NIC）授權管理。一級域名通常有兩種命名方式：一是按行業(yè)命名，一是按國家和地區(qū)命名，如表13.15所示。2024/6/25現代通信網技術2024/6/25現代通信網技術其中3個字符表示的域名對應于各部門，2個字符是按國別、地理位置劃分的國家域名，如cn表示中國。二級域名：是一級域名的進一步劃分，如cn下又可參照一級域名中的行業(yè)分類再分為edu、com等。子級域名：子級域名是二級域名的進一步劃分，子級域名，可小到管理一臺主機，也可大到包含許多主機和進一步授權管理的子域，如鄭州

45、大學域名zzu就是中國cn的教育機構edu下的一個子域。2024/6/25現代通信網技術一個完整的域名，就是從根級域到當前域的所有組織名從右到左由“.”分隔符連接。如鄭州大學的完整域名為：，其中：cn為一級域名，edu為cn下的二級域名，zzu為的子級域名。當鄭州大學申請到域名后，就可對鄭州大學內所有主機的主機名進行管理，而完整的主機名應為：主機名.域名。例如，校內有兩臺叫做fred和cree的主機，分屬于化學系（chem）和物理系（phy），其完整的主機名分別為：2024/6/25現代通信網技術機器名、域名全網必須唯一，但不同域名下可以使用相同的名字，如上例中兩臺機器都命名為fred，但分屬化學系和物理系，這是可以的。例13.2 說明Internet中的通過域名的尋址過程，一個國外用戶尋找一臺叫的中國主機，其過程如圖13.35所示。2024/6/25現代通信網技術路由器 路由器依據路由表來為報文尋徑，路由表由路由協(xié)議建立和維護，路由協(xié)議的設計則是依據某種路由算法。路由表（Routing Tables）信息主要內容項如圖5.1所示，標準的路由表表目是一個二維組（目的網絡地址、下一站地址），其中不攜帶子網信息，不能滿足子網尋徑。交換機圖6.2 交換機收到幀時的轉發(fā)及學習過程