数据通信基础

数据通信基础第一页，共七十六页，2022年，8月28日Page2引入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。第二页，共七十六页，2022年，8月28日Page3学习完本课程，您应该能够：描述TCP/IP协议与OSI参考模型。进行IP子网的划分。描述出交换机、路由器等网络设备的用途。描述移动IP技术的基本概念，如家乡代理、隧道技术等。目标第三页，共七十六页，2022年，8月28日Page4第1章数据通信网络概述第2章TCP/IP协议第3章常用网络设备第4章移动IP技术内容介绍第四页，共七十六页，2022年，8月28日Page5数据通信网络InternetSOHOServerIPHotelIntranet移动第五页，共七十六页，2022年，8月28日Page6局域网(LAN)和广域网(WAN)HostWAN局域网LocalAreaNetwork广域网WideAreaNetwork

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.第六页，共七十六页，2022年，8月28日Page7LAN定义和常用互连设备LAN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。特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。LAN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交换机路由器ATM交换机第七页，共七十六页，2022年，8月28日Page8WAN定义及常用互联设备WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。WAN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路由器广域网交换机接入服务器第八页，共七十六页，2022年，8月28日Page9常见网络拓朴结构拓扑结构：总线、星型、树型环型、网型第九页，共七十六页，2022年，8月28日Page10通信协议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。各层协议是网络设备之间通信规则的正式描述。5432154321TCP/IP协议栈SourceHostADestinationHostB好啊！我刚好也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈第十页，共七十六页，2022年，8月28日Page11OSI七层功能应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层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第十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page12对等通信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。HostAHostBAPDUPPDUSPDUSegmentPacketFrameBit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第十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page13数据封装和解封装数据封装和解封装过程。DataDataHDataHH主机服务器交换机路由器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DataDataHDataHH第十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page14物理层物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等。物理层线缆：同轴电缆（coaxialcable）：细缆和粗缆双绞线（twistedpair）：UTP、STP光纤（OpticalFiber）无线电波（wirelessradio）：无线局域网WLAN第十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page15物理层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。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。第十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page16LAN与数据链路层LAN标准: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LAN数据链路层设备:以太网交换机第十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page17WAN与数据链路层WAN数据链路层标准：HDLCPPPISDNX.25FrameRelayWAN数据链路层设备：Modem、ISDN终端适配器CSU/DSU、广域网交换机第十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page18网络层网络层：指定网络实体的网络层地址，并完成网络层转发寻址功能。网络层设备：Router等。WAN的网络层协议：IP协议等LAN的网络层协议：Ethernet协议等第十八页，共七十六页，2022年，8月28日Page19网络层协议操作网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层表示层会话层传输层应用层ABCDERouterARouterBRouterC第十九页，共七十六页，2022年，8月28日Page20传输层传输层功能：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。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。第二十页，共七十六页，2022年，8月28日Page21端到端通信传输虚电路Host应用数据HTTPFTP传输数据包211028801027DataData第二十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page22面向连接和无连接的服务面向连接的服务：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第二十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page23流量控制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sourcequench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。第二十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page24确认技术传输虚电路Host源目的Send1,2,3Acknowledge4Send4,5,6Acknowledge4Send4,5,6第二十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page25高层协议会话层协议：SQL、NFS、RPC等；表示层协议：ASCII、MPEG、JPEG等；应用层协议：SMTP,POP3，FTP等。第二十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page26小结网络的定义和演进过程局域网和广域网的定义设常见设备常见网络拓朴结构OSI的7层网络参考模型7层中每一层的功能第二十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page27第1章数据通信网络概述第2章TCP/IP协议第3章常用网络设备第4章移动IP技术内容介绍第二十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page28TCP/IP协议和OSI参考模型TCP/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/IP第二十八页，共七十六页，2022年，8月28日Page29TCP/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

物理层第二十九页，共七十六页，2022年，8月28日Page30TCP/IP协议数据封装TELNET2323指传输层报文中的端口号,右同。FTP20/21SMTP25TFTP69

TCP/UDP6/1716/17是指IP包头中的协议类型

IPPACKETS

FRAMES

BITS第三十页，共七十六页，2022年，8月28日Page31网络层协议概述应用层传输层网络层

IP

ARP

RARP

ICMP物理层数据链路层第三十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page32什么是IP地址一个32位整数，网络中标识一个主机。通常写成4个整数的方式，如网络号NetworkID主机号HostID门牌号码邮政地址：IP地址：街道名称第三十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page33公网IP地址的分类直接连接在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。8bit8bitNetIDHostIDA类B类C类8bit8bit8bit8bit8bit8bit8bit8bit8bit8bit类别前八位格式后24位格式（※为主机号）A0×××××××※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※B10××××××××××××××※※※※※※※※※※※※※※※※C110×××××××××××××××××××××※※※※※※※※其他111×××××D类E类为特殊的IP地址和保留以后使用第三十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page34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第三十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page35IP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

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IP地

址

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优先级

DTRC未用

比特0481619243120个字节固定长度长度可变

01234567第三十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page36MAC/物理地址MAC地址有48位，华为产品前3个字节是0x00E0FC。厂商编号序列号24bits24bitsRomRam第三十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page37ARP－地址解析协议不知道的MAC地址？在网络上广播ARPRequest信息，等的回应。

MAC:00-E0-FC-00-00-11MAC:00-E0-FC-00-00-12这个ARPRequest中有我的IP地址，应该是问我的MAC地址，就把我的IP地址告诉吧。这个ARPRequest中没有我的IP地址，就不管。MAC:00-E0-FC-00-00-13知道你的MAC地址，以后联系起来就方便了！

ARPRequestARPReply第三十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page38RARP－反向地址解析协议我的IP地址是什么？无盘工作站RARPServer你的IP地址是RARPRequestRARPReply第三十八页，共七十六页，2022年，8月28日Page39ICMP－Internet控制报文协议B可达吗？HostAHostB我在ICMPEchoRequestICMPEchoReply第三十九页，共七十六页，2022年，8月28日Page40问题为什么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。A公司得到了20个C类网络地址(~2)，B公司也有20个C类网络地址(5~4)。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!第四十页，共七十六页，2022年，8月28日Page41什么是子网掩码?IP地址在没有相关的子网掩码的情况下是不能存在的。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：。IP地址子网掩码IP地址子网掩码与运算10101100.01100100.00000000.00000000转十进制10101100.01100100.00011110.0000110011111111.11111111.00000000.00000000转二进制网络地址第四十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page42为什么要划分子网？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。网络划分为若干部分，降低不必要的通信量。网段：掩码：网段：掩码：A公司的问题解决了!!第四十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page43如何划分子网？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。被挪用的2进制位数（N）越多，划分的子网数目就越多，但是每个子网的主机数目就越少。同时，划分出的子网数量为2N。

IP地址子网掩码IP地址子网掩码与运算01010000.00001000.00000000.00000000转十进制01010000.00001001.10000010.0000000111111111.11111110.00000000.00000000转二进制网络地址第四十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page44默认子网掩码加位的作用通过这种方法，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

第四十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page45划分子网的例子某公司向NIC申请一B类网（）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。公司有35个部门/分公司，每个部门主机数由100～800之间，那么如何划分子网呢？第四十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page46主机号和子网号的选择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：210－2=1022>1000。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目：26＝64个，子网掩码为：。子网号主机号第四十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page47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：部门子网号可用IP地址部门00~54部门11~54部门22~54…..…………部门6363~54第四十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page48传输层协议概述应用层传输层网络层网络接入层TCPUDP第四十八页，共七十六页，2022年，8月28日Page49TCP/UDP报文格式0816243116位源端口16位目的端口32位序列号32位确认号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TCP报文格式16位UDP长度第四十九页，共七十六页，2022年，8月28日Page50端口号传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。HTTPFTPTelnetSMTPDNSTFTPSNMPTCPUDPIP数据包套接字8020/2123255369161第五十页，共七十六页，2022年，8月28日Page51TCP连接InternetSYN(seq=a)SYN(seq=b,ack=a+1)SYN(seq=a+1,ack=b+1)clientserver第五十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page52滑动窗口需要修改窗口大小发送数据太快了！len1024win4096len1024win4096len1024win4096ack4097win2048len1024win4096len1024win4096ack6145win2048len1024win4096len1024win4096len1024win4096第五十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page53应用层介绍文件传输常用协议有FTP、TFTP邮件服务常用协议有SMTP、POP3网络管理常用协议有SNMP、Telnet、Ping、Tracert网络服务常用协议有HTTP、DNS、WINS第五十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page54小结ITCP/IP协议栈分为5层IP数据包包头的格式ARPRARPICMP的作用划分子网的目的和方法TCP和UDP协议的却别常用的应用层服务有FTP,Telnet等第五十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page55第1章数据通信网络概述第2章TCP/IP协议第3章常用网络设备第4章移动IP技术内容介绍第五十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page56物理层互联设备-HubHUB(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。HubHost第五十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page57数据链路层互联设备-Lanswitch

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。HostB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。HostA第五十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page58Router（路由器）的作用Router的核心作用是实现网络互连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）异种网络互连第五十八页，共七十六页，2022年，8月28日Page59什么是路由路由是指导IP报文发送的路径信息路由存在于三层网络设备和主机中网络N到网络N的主机，走R1这条路第五十九页，共七十六页，2022年，8月28日Page60配置路由的三要素目标网段目标网段的掩码下一跳地址权值例如在WindowsNT操作系统下配置静态路由：Routeadd

mask

metric

1目标网段掩码下一跳地址权值第六十页，共七十六页，2022年，8月28日Page61Router工作流程IPETHETH以太口以太口IPETHETH以太口以太口协议封装路由选择协议转换RouterRouterLAN传送拆包LAN1LAN2接收发送工作过程目的地址掩码下一跳地址第六十一页，共七十六页，2022年，8月28日Page62IP包头在路由器转发过程中的变化00-E0-FC-00-00-1100-E0-FC-00-00-3200-E0-FC-00-00-6400-E0-FC-00-00-2300-E0-FC-00-00-2300-E0-FC-00-00-6400-E0-FC-00-00-32RouterARouterBHostAHostBIPPacket第六十二页，共七十六页，2022年，8月28日Page63小结Hub、Lanswitch、Router的用途Router在转发IP包的过程中，IP包中的地址变化。第六十三页，共七十六页，2022年，8月28日Page64第1章数据通信网络概述第2章TCP/IP协议第3章常用网络设备第4章移动IP技术内容介绍第六十四页，共七十六页，2022年，8月28日Page65为什么需要移动IP技术？移动IP技术可以满足在移动过程中不间断地访问Internet，并做被叫的需求！CInternetAB移动移动后，接入点改变了，相应的网络前缀就变化了！丢失第六十五页，共七十六页，2022年，8月28日Page66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。CInternetABHostFA(2)隧道，转发给HA存储MN的移动绑定记录HomeAddressCOA...<->...通过隧道转发数据给FAMN：归属地址MN：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，类似移动网中的VLR第六十六页，共七十六页，2022年，8月28日Page67隧道技术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。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IPinIP示意：Host1Router1Router2host2IPheader1host1－>host2dataIPheader2router1－>router2IPheader1host1－>host2dataIPheader1host1－>host2data第六十七页，共七十六页，2022年，8月28日Page68移动IP中的实体：MN移动节点－－MN（MobileNode）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HA