2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》1第六章IP交換和局域網(wǎng)交換3局域網(wǎng)TCP/IP協(xié)議2概述

13MPLS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IP交換技術(shù)42025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》2第六章IP交換和局域網(wǎng)交換6.1概述

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》3交換技術(shù)概述第一階段，面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相接合；第二階段，面向通信子網(wǎng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)，通信子網(wǎng)中使用了分組交換技術(shù)；第三階段，符合國際標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，提出了開放系統(tǒng)互連參考模型，解決了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。第四階段，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向高速化，智能化和寬帶化發(fā)展。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》4局域網(wǎng)

局域網(wǎng)通常是一種專有網(wǎng)絡(luò)，通常位于一個建筑物內(nèi)，或一個校園內(nèi)，覆蓋范圍通常是幾千米，連接計算機(jī)從幾臺到幾百臺。目前絕大部分局域網(wǎng)中均采用了交換技術(shù)。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》5互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)是覆蓋全球的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在互聯(lián)網(wǎng)中采用了TCP/IP協(xié)議，IP協(xié)議的主要作用是屏蔽不同網(wǎng)絡(luò)的差異為用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接，這種網(wǎng)絡(luò)稱為因特網(wǎng)（Internet）。將第二層交換技術(shù)與廣泛使用的第三層路由技術(shù)結(jié)合起來就形成了IP交換技術(shù)。IP交換技術(shù)具有二層交換和三層路由的優(yōu)點，為用戶提供滿意的服務(wù)。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》6第六章IP交換和局域網(wǎng)交換6.2TCP/IP協(xié)議2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》7TCP/IP協(xié)議參考模型2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》8接入層的功能接入層的主要功能是向互聯(lián)網(wǎng)層提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，它主要是解決在一個網(wǎng)絡(luò)中兩個端系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)的問題。它對應(yīng)著OSR/RM中的下兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》9互聯(lián)網(wǎng)層功能因特網(wǎng)是由大量的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組合而成的，如果兩臺主機(jī)處于不同的網(wǎng)絡(luò)上，則數(shù)據(jù)需要經(jīng)過多個互連的網(wǎng)絡(luò)完成正確的傳輸，這就是互聯(lián)網(wǎng)層完成的主要功能，通過互聯(lián)網(wǎng)層將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接起來?；ヂ?lián)網(wǎng)層采用的主要協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP，它提供跨越多個網(wǎng)絡(luò)的路由功能和中繼功能，主要的設(shè)備是路由器。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》10傳輸層的功能為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑒t在互聯(lián)網(wǎng)層上增加傳輸層，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴鬏攲拥娜蝿?wù)是復(fù)雜主機(jī)中兩個進(jìn)程之間的通信。傳輸層可以使用兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP協(xié)議。

TCP協(xié)議是面向連接的通信，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞颉DP協(xié)議是無連接的通信，是一種盡力而為（besteffort）傳輸。

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》11應(yīng)用層協(xié)議文件傳輸協(xié)議FTP域名服務(wù)DNS超文本傳輸協(xié)議HTTP簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》12IP分組格式2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》13IP分組格式版本（4bit）指IP協(xié)議的版本。通信雙方進(jìn)行通信時使用的IP協(xié)議版本號必須一致，目前廣泛使用的IP協(xié)議版本是第四板（IPv4），IP協(xié)議的最新版本是IPv6。

分組頭長度（4bit）表示分組頭長度（以4字節(jié)為1單位），該字段表示的最大為15,

IP分組頭的最大長度為60字節(jié)；最小為5，最常用的分組頭長度為20。當(dāng)IP分組頭長度不是4字節(jié)的整數(shù)倍時，必須使用填充字段加以填充，使得IP分組頭的長度保持為4字節(jié)的整數(shù)倍。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》14IP分組格式服務(wù)類型（8bit）表示分組傳輸時要求網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)類型，前三個比特表示優(yōu)先級，可以分為8個優(yōu)先級；第四個比特表示要求更低的時延；第五個比特表示要求更高的吞吐量；第六個比特表示要求更高的可靠性；第七個比特表示要求代價更小的路由。總長度（16bit）表示IP分組的總長度，包括分組頭和數(shù)據(jù)兩部分，單位是字節(jié)，因此IP分組的最大長度為65535字節(jié)。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》15IP分組格式標(biāo)識（16bit），標(biāo)志（3bit），片偏移（13bit）IP分組通過數(shù)據(jù)鏈路層傳輸時，不同的數(shù)據(jù)鏈路層幀中數(shù)據(jù)段有最大長度，稱為最大傳送單元（MaximumTransferUnit，MTU）,當(dāng)MTU小于IP分組長度時，就需要將IP分組劃分為多個分組后傳輸，這個過程稱為分片。IP分組頭中的標(biāo)識字段、標(biāo)志字段和片偏移字段完成分片任務(wù)。生存時間（8bit），記為TTL（TimeToLive），該字段用來指示分組被允許存留在網(wǎng)絡(luò)中的時間，多數(shù)路由器將此字段解釋為分組在網(wǎng)絡(luò)中被允許經(jīng)過的跳數(shù)，分組在傳輸前，由源端主機(jī)將此字段設(shè)置一個初始值，分組在傳輸時，每經(jīng)過一個路由器該值減1，如果分組在到達(dá)目的端時該值為0，則路由器將會丟棄該分組，并向源端發(fā)送一個錯誤信息。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》16IP分組格式協(xié)議（8bit）協(xié)議字段表示分組中攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議，以便目的端主機(jī)的IP層知道將數(shù)據(jù)部分交給哪個處理過程。分組頭校驗和（16bit）該字段只校驗分組頭的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，而不包括數(shù)據(jù)部分。源IP地址和目的IP地址，各占4字節(jié)這些字段包含了源主機(jī)地址和目的主機(jī)地址，IP地址格式在后文中進(jìn)行討論。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》17IP地址特殊地址主機(jī)號為全1表示本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的主機(jī)，采用廣播方式通信。主機(jī)號為全0表示網(wǎng)絡(luò)地址。IP地址表示方法IP地址通常采用帶點的十進(jìn)制表示，從而便于用戶使用。地址分為四個字節(jié)，每個字節(jié)由一個十進(jìn)制數(shù)字表示，并通過一個點進(jìn)行分割。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》18地址解析協(xié)議IP地址轉(zhuǎn)為物理地址2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》19反向地址解析協(xié)議RAPR物理地址轉(zhuǎn)為IP地址無盤工作站首先向網(wǎng)絡(luò)中廣播發(fā)送RARP請求，在請求中寫入自己的MAC地址。RARP服務(wù)器有一個事先做好的從無盤工作站的MAC地址映射到IP地址的映射表。當(dāng)收到RARP請求分組后，RARP服務(wù)器就從這個映射表中查出該無盤工作站的IP地址，然后寫入RAPR響應(yīng)分組中，發(fā)回給無盤工作站。無盤工作站采用這種方法獲得自己的IP地址。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》20因特網(wǎng)報文控制協(xié)議ICMP類型：類型用于識別消息的類型。代碼：對于一個特定的類型，代碼字段描述了此消息的目的。校驗和：用于檢測ICMP消息中的錯誤。IP頭加上原始的數(shù)據(jù)的64比特：該字段將ICMP消息中的信息與IP分組中的原始數(shù)據(jù)相匹配，可用于診斷目的。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》21ICMP的錯誤報文終點不可達(dá)源站抑制時間超時參數(shù)錯誤改變路由（重定向）

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》22ICMP詢問報文回送請求和回答時間戳請求和回答掩碼地址請求和回答路由器詢問和通告2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》23路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)的路由選擇策略主要是自適應(yīng)的分布式路由選擇協(xié)議。由于因特網(wǎng)的規(guī)模非常大，因此將整個互聯(lián)網(wǎng)分為許多較小的自治系統(tǒng)（AutonomousSystem,AS）。AS最重要的特點是AS有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)內(nèi)采用何種路由選擇協(xié)議。根據(jù)自治系統(tǒng)，因特網(wǎng)將路由選擇協(xié)議又分為兩大類內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（InteriorGatewayProtocol，IGP）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ExternalGatewayProtocol，EGP）2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》24內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIPRIP適合于小型互聯(lián)網(wǎng)，是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個路由器都要維護(hù)從它自己到其它每一個目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄，RIP協(xié)議的距離也稱為跳數(shù)，每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加1，RIP認(rèn)為一個好的路由就是通過的路由器數(shù)目少，因此RIP總是在多個路由中選擇具有最少路由器的路由。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》25開發(fā)最短路徑優(yōu)先協(xié)議每個采用OSPF的路由器監(jiān)視每個相鄰節(jié)點的鏈路狀態(tài)，然后將鏈路狀態(tài)信息以洪泛方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其它路由器。采用這種方式可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個路由器構(gòu)造一個相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，以描述完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫可以較快的更新，這也是其重要優(yōu)點。OSPF使用了層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分，使得它可以用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)。

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》26邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議一個邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議的目的是兩個不同的AS之間交換路由信息，以便使IP數(shù)據(jù)可以跨越AS邊界流動。由于因特網(wǎng)規(guī)模太大，使得自治域系統(tǒng)之間路由選擇非常困難，因此EGP將重點更多的放在策略問題而不是路徑優(yōu)化問題。邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP是一個AS之間的路由協(xié)議，它被用來在BGP路由器之間交換網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性信息，它只能力求尋找一條能夠到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的而且比較好的路由。GBP采用了路徑向量路由協(xié)議。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》27IP分組傳送2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》28IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)過程2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》29第六章IP交換和局域網(wǎng)交換6.3局域網(wǎng)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》30局域網(wǎng)基本技術(shù)采用共享通信媒體的連接方式；能夠進(jìn)行廣播和組播通信；有限的覆蓋范圍（小于10km）；較高的傳送速率（1～100Mbps甚至更高）；較低的誤碼率；各站之間為平等關(guān)系。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》31局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》32局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》33局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》34交換式以太網(wǎng)使用HUB的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》35交換式以太網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)可以實現(xiàn)在多個端口之間建立多個連接，而且每個連接都工作在全雙工方式下，每一對相互通信的主機(jī)都能像獨占通信媒體一樣，進(jìn)行無碰撞的數(shù)據(jù)傳輸，在通信完畢后斷開連接。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》36第六章IP交換和局域網(wǎng)交換6.4IP交換技術(shù)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》37三層交換機(jī)三層交換也稱為IP交換，這是利用IP協(xié)議中的信息來加強第二層交換功能的機(jī)制，第三層交換技術(shù)就是第二層交換加上第三層路由，而第三層交換設(shè)備就是帶有路由功能的二層交換機(jī)。第三層交換技術(shù)的出現(xiàn)解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大帶來的效率降低、管理困難的問題。第三層交換機(jī)的工作原理稱為“一次路由，然后交換”2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》38三層交換機(jī)的主要技術(shù)IpsilonIP交換Cisco標(biāo)簽交換3COMFastIPMPOA（MultiProtocolOverATM）多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》39第六章IP交換和局域網(wǎng)交換6.5MPLS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》40MPLS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》41MPLS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)簽路由交換路由器LSR邊緣標(biāo)簽交換路由器E_LSRMPLS的E_LSR從外部IP路由器接收IP分組，并進(jìn)行分類，然后根據(jù)分類將IP分組映射到不同的LSP。轉(zhuǎn)發(fā)等價類是MPLS的重要概念，是MPLS的技術(shù)基礎(chǔ)，MPLS實際是分類轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，它將有相同轉(zhuǎn)發(fā)要求的分組歸為一類，即轉(zhuǎn)發(fā)等價類。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》42MPLS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)LSR對于每個接收的MPLS報文，通過輸入標(biāo)簽和輸出接口精確匹配轉(zhuǎn)發(fā)表，找到輸出接口和輸出標(biāo)簽，然后使用輸出標(biāo)簽取代輸入標(biāo)簽，在將MPLS報文轉(zhuǎn)發(fā)出去，這個工作過程非常類似于ATM交換過程。

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》43MPLS標(biāo)簽結(jié)構(gòu)標(biāo)簽字段LABEL，長度為20比特，該字段是分配給MPLS報文的標(biāo)簽值，其中值1～15作為特殊用途被保留實驗用字段EXP，長度3比特，保留S字段，長度1比特，一個MPLS報文可以攜帶多個標(biāo)簽每個標(biāo)簽長度均為32比特，多個標(biāo)簽依次存放，構(gòu)成標(biāo)簽堆棧，堆棧底部標(biāo)簽的S字段設(shè)置為1，表示是最后標(biāo)簽，而其它標(biāo)簽的S字段均設(shè)為0，一般情況下，LSR只對棧頂?shù)臉?biāo)簽進(jìn)行處理生存時間字段，長度8比特，它限制了MPLS報文在網(wǎng)絡(luò)中的生存時間，每經(jīng)過一個LSR，TTL值減1，一旦TTL值為0，則將MPLS報文丟棄，產(chǎn)生錯誤報告信息，通知發(fā)送端2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》44標(biāo)簽交換路由器結(jié)構(gòu)2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》45標(biāo)簽交換路由器結(jié)構(gòu)控制功能塊的作用是用來通過執(zhí)行傳統(tǒng)的路由協(xié)議與其它LSR交換路由信息，以此創(chuàng)建并維護(hù)路由表。在路由表的基礎(chǔ)上，控制部分通過LDP建立LSP，創(chuàng)建并維護(hù)LSP對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表。轉(zhuǎn)發(fā)功能塊的作用是當(dāng)報文到達(dá)時，轉(zhuǎn)發(fā)功能根據(jù)報文的輸入端口和所攜帶的標(biāo)簽信息檢索轉(zhuǎn)發(fā)表，并根據(jù)獲得的內(nèi)容將報文轉(zhuǎn)發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)表指定的輸出端口，并以輸出標(biāo)簽替代輸入標(biāo)簽。

2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》46標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議LDP標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議LDP是允許LSR分發(fā)、請求、釋放標(biāo)簽捆綁信息的一種機(jī)制，它是基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)簽分配，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變換時，LDP在各個相鄰節(jié)點間傳送標(biāo)簽信息，完成轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫的改造、維護(hù)和動態(tài)刷新。LDP有三種標(biāo)簽分配方法：下游分配標(biāo)簽；下游按需分配標(biāo)簽；上游分配標(biāo)簽。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》47標(biāo)簽交換路徑LSP的建立2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》48MPLS報文在MPLS網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)過程2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》49MPLS的優(yōu)點

支持流量工程簡化報文轉(zhuǎn)發(fā)操作有效的顯式路由業(yè)務(wù)分類映射IP分組到轉(zhuǎn)發(fā)等價類FEC2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》50基于MPLS的虛擬專用網(wǎng)VPN虛擬專用網(wǎng)是利用公共網(wǎng)絡(luò)資源建立專用通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。它使用戶路由公共網(wǎng)絡(luò)資源將分散的站點動態(tài)的連接起來，實現(xiàn)通信和資源共享。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)在實現(xiàn)VPN時，在擴(kuò)展性、安全性和服務(wù)質(zhì)量保證方面存在這很大的缺陷，需要改造。采用MPLS技術(shù)實現(xiàn)VPN可以極大的改善傳統(tǒng)因特網(wǎng)的缺陷，又可以很好的保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，可以很好的滿足VPN的需求。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》51VPN技術(shù)的功能身份認(rèn)證，通過鑒別用戶身份仿真非法用戶使用；訪問控制，不同的用戶有不同的訪問權(quán)限；數(shù)據(jù)加密，以保證通過公網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒌陌踩?；信息認(rèn)證，保證信息的合法性和完整性。2025/10/13《現(xiàn)代交換技術(shù)》52基于MPLS的虛擬專用網(wǎng)MPLS具有可靠性高、安全性高、擴(kuò)展能力強、控制策略靈活，服務(wù)質(zhì)量高等優(yōu)點。