交换技术演进新说第七讲TCP_IP协议与路由器_上_

交换技术系列介绍

交换技术演进新说

第七讲!"#$%&协议与路由器!上"

李伟章

!中国普天东方通信股份有限公司

杭州

!"##"!"

前述各种!"数据网具有不同的通信协议与帧结构!其网络节点设备可以是各种类型的数据交换机"#$"%#&’#()*+,-+)和./0等分组交换机$%而!1数据网"23网或2-)+,-+)$具有统一的

’()*+"*协议

2-)+,-+)实现互联的关键是/43523协议&在2-)+,-+)内部!计算机之间互相发送信息包进行通

信!/43523协议对这种信息包的传输方式作了具体的规定&

/43523通信协议和分组结构!全网采用统一格式

的23地址!节点设备统一采用面向无连接的路由器&为便于理解!我们可以将!1数据网简单地理解为构建在!"数据网平台上的一个路由器网&

,-.!"#"$

"*协议!因特网协议"$%协议概述

((网络层!是23协议定义在9:2;’0第三层(

!"#$%&#%$概述

2-)+,-+)是一个由众多网络互联而成的世界

范围内的计算机网络&从通信的角度来看!2-)+,6

2-)+,-+)最重要的协议&在23协议中规定了在2-6)+,-+)上进行通信时应遵守的规则!例如23数据包

的组成#路由器如何将23数据包送到目的主机等&

各种物理网络在链路层"二层$所传输的基本单元为帧"0.4帧$!其帧格式随物理网络而异!各物理网络的物理地址"0.4地址$也随物理网络而异&23协议的作用就是向传输层"/43层$提供统一的23包!即将各种不同类型的0.4帧转换为统一的23包!并将0.4帧的物理地址变换为全网统一的逻辑地址"23地址$&这样!这些不同物理网络

-+)是一个以/43523统一的标准!将世界范围内多

个国家的部门和机构的两层计算机子网联接而成的三层数据网&从资源角度来看!2-)+,-+)是一个集各领域#各学科#各种应用等各种资源为一体的资源数据网&

2-)+,-+)具有以下特点’

"7$/43523是2-)+,-+)的基础与核心!依靠/43

523协议实现了网络的互联%

""$用户使用2-)+,-+)时无需了解网络底层"物理层和链路层$的结构!十分方便%

"1$随着2-)+,-+)主干线路与接入带宽的不断拓展!2-)+,-+)最终将取代现有的电话网#数据网和有线电视网!成为三网合一的综合多媒体业务网%

"8$世界上没有对2-)+,-+)上通信进行统一管理的机构!2-)+,-+)上的许多服务和功能都是由用户开发#经营和管理的!因此从经营角度看2-)+,6

0.4帧的差异对上层而言就不复存在了&正因为

这一转换!才实现了不同类型物理网络的互联&

23协议面向无连接!23网中的节点路由器根

据每个23包的包头23地址进行寻址!这样同一个主机发出的属于同一报文的23包可能会经过不同的路径到达目的主机&

&’"’&$%协议的功能

23协议主要具有以下几部分功能’

"!$寻址

这一功能将在下一节中作为专题进行讨论&""$路由选择

-+)是一个用户的网络&

()

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路由选择是以单个!"数据包为基础的!概括而言是确定某个!"数据包到达目的主机需经过哪些路由器"路由选择可以由源主机决定!也可以由!"数据包所途经的路由器决定"

在!"协议中!路由选择依靠路由表进行"在!"网上的主机和路由器中均保存了一张路由表!路由表指明下一个路由器#或目的主机$的!"地址%路由表由目的主机地址和去往目的主机的路径两部分组成"其中!去往目的主机的路径通常是下一个路由器的地址!也可是目的主机的!"地址"

&!$分段与组装

!"数据包在实际传送过程中所经过的物理网

络帧的最大长度可能不同!当长!"数据包需通过短帧子网时!需对!"数据包进行分段与组装%

!"协议实现分段与组装的方法是给每个!"数

据包分配一个惟一的标志符!且报头部分还有与分段与组装相关的分段标记和位移%!"数据包在分段时!每一段需包含原有的标志符%为了提高效率’减轻路由器的负担!重新组装工作由目的主机来完成"

!"!#$%协议!传输控制协议"!"!"#

$%&协议概述

#$"协议位于%&!’()第四层(((

传输层!是一个端对端’面向连接的协议%该协议弥补了!"协议的某些不足!其中比较突出的有两个方面)一是

#$"协议能够保证在!"数据包丢失时进行重发!能

够删去重复收到的!"数据包!还能保证准确地按原发送端的发送顺序重新组装数据*二是#$"协议能区别属于同一应用报文的一组!"数据包!并能鉴别应用报文的性质%这一功能使得某些具有四层协议功能的高端路由器可以对!"数据包进行流量’优先级’安全管理’负荷分配和复用等智能控制%

!"!"!$%&协议的功能

&"$保证传输的可靠性

#$"协议是面向连接的%所谓连接!是指在进

行通信之前!通信双方必须建立连接才能进行通信!而在通信结束后终止其连接%相对于面向无连接的!"协议而言!#$"协议具有高度的可靠性%

当目的主机接收到由源主机发来的!"包后!目的主机将向源主机回送一个确认消息!这是依靠目的主机的#$"协议来完成的%#$"协议中有一个重传记时器&(#%$!当源主机发送!"包即开始记时%如在超时之前收到确认信号!则记时器

回零*如果记时器超时!则说明该!"包已丢失!源主机应进行重传%对于重传记时器!确定合适的记时时长是十分重要的!它由往返时间来决定%

#$"协议能够根据不同情况自动调节记时时长%

需要说明的是!#$"协议所建立的连接是端到端的连接!即源主机与目的主机间的连接%!*+

,-.*-,中每个转接节点&路由器$对#$"协议段透

明传输%

总之!!"协议不提供差错报告和差错纠正机制!而#$"协议向应用层提供了面向连接的服务!以确保网络上所传送的数据包被完整’正确’可靠地接收%一旦数据有损伤或丢失!则由#$"协议负责重传!应用层不参与解决%

&#$提供部分应用层信息的功能

在#$"协议之上是应用层协议&如/#"’

&)#"’#0102#等$!最终需依靠它们实现主机间

的通信%#$"协议携带了部分应用层信息!可用来区别同一报文数据流的一组!"包及其性质%

#$"协议对这些应用层协议规定了整数标志

符!称为端口序号%被规定的端口序号成为保留端口!其值在345367范围内&如端口序号67!用于远程终端服务$%此外还有自由端口序号!供个人程序使用!或者用来区分两台主机间相同应用层协议的多个通信!即两台主机间复用多个用户会话连接%

进行通信的每台主机的每个用户会话连接都有一个插口序号!它由主机的!"地址和端口序号组成%在!*,-.*-,中插口序号是惟一的!一对插口序号惟一地标识了一个端口的连接&发端插口序号8源主机!"地址9源端口序号!收端插口序号8目的主机!"地址9目的端口序号$%利用插口序号可在目的主机中区分不同源主机对同一个目的主机相同端口序号的多个用户会话连接%

在#$"协议段的头部各域中具有码位项%其中!&:2码位为应用数据流的开始位&当&:2置5!表示该!"数据包为某一应用报文的第一份数据包$!/!2码位为应用数据流的结束位&当/!2置5时!表示此时数据包为某应用报文的最后一份数据包$%因此可利用&:2;/!2两个码位来规定某一应用报文&或某一应用数据流$的开始与结束%

#$"协议就是利用端口序号和&:2;/!2码位

来区分应用数据流并判断其性质的!从而使具有四层功能的高端路由器具有某些对应用数据流的控制功能%

((

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于长彬

大多数本地网中都存在大量的专用通信网$专网的存在不但增加了网络的复杂性以及管理和维护的难度!而且不利于电话网络朝着(大容量&少局所!撤点并网)的方向优化$笔者结合实际经验!对专网的改造提出几点建议$

须经过多重转接’需增加中继电路及0123信令链路!同时增加了维护部门的工作量’多占用了信令点编码资源!从而增加了市内通话成本$但是从我调查了解的情况来看!专网的运行情况良好!同时考虑到提供专网设备的厂商曾承诺对专网设备免费进行扩容和升级!运营商只需在母局端增加相应的中继设备即可!如果保留并充分利用原有专网设备!在有业务需求时对其进行扩容!投资上是较为节省的$以45678为例!9:的单

保留专网设备&维持网络现状的做法在一定程度上不利于本地网的网络管理$例如%话务必

价为38;2<美元!按集线比为:=7折算!价格为>2;6美元+线!即7;元+线*按美元与人民币的对兑率:=

’对改造专网的建议

建议一%保留专网设备!有业务需求时继续

扩容

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!"#$%&$的工作原理

下面以采用!"#$%&协议传送文件为例!说明

!链路层在其./-帧的数据部分装上,&数据

包!再加上源&目的主机的./-地址和帧头!并根据其目的./-地址!将./-帧发往目的主机或,&路由器$

!’&$%&的工作原理!其中应用层传输文件采用文

件传输协议"(!&#!如图)*所示$

!在目的主机!链路层将./-帧的帧头去

掉!并将,&数据包送交网络层$

!"&+,#协议的工作流程如下%

!在源主机上!应用层将一串应用数据流传

送给传输层$

!网络层检查,&报头!如果报头中校验和与计

算结果不一致!则丢弃该,&数据包’若校验和与计算结果一致!则去掉,&报头!将!-&段送交传输层$

!传输层将应用层的数据流截成分组!并加

上!-&报头形成!-&段!送交网络层$

!传输层检查顺序号!判断是否是正确的!-&分组!然后检查!-&报头数据$若正确!则向源

主机发确认信息’若不正确或丢包!则向源主机要求重发信息$

数据

!在网络层给!-&段加上包括源&目的主机,&地址的,&报头!生成一个,&数据包!并将,&数据

包送交链路层$

应用数据应用层传输层网络层链路层

以太帧头

目的地址

源地址图)*

!在目的主机!传输层去掉!-&报头!将排好顺序的分组组成

应用数据流送给应用程序$这样目的主机接收到的来自源主机的字节流!就像是直接接收来自源主机的字节流一样$

!待续"

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对改造专用通信网的几点建议

征文选登

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