无线网络IPv6综合.ppt

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1、计算机网络（第 5 版）第 9 章 无线网络课件制作人：谢希仁第 9 章 无线网络9.1 无线局域网 WLAN 9.1.1 无线局域网的组成 9.1.2 802.11 标准中的物理层 9.1.3 802.11 标准中的 MAC 层 9.1.4 802.11 标准中的 MAC 帧9.2 无线个人区域网 WPAN9.3 无线城域网 WMAN 课件制作人：谢希仁9.1 无线局域网9.1.1 无线局域网的组成n有固定基础设施的无线局域网AP1AP2课件制作人：谢希仁一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时，都要通过本

2、 BSS 的基站。AP1AP2课件制作人：谢希仁基本服务集内的基站叫做接入点 AP(Access Point)其作用和网桥相似。AP1AP2当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID 和一个信道。课件制作人：谢希仁AP1AP2一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主干分配系统 DS(Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(Extended Service Set)。课件制作人：谢希仁AP1AP2ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非 802.11

3、无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。课件制作人：谢希仁AP1AP2移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到 A 的位置），仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。课件制作人：谢希仁与接入点 AP 建立关联(association)n一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点 AP，并与此接入点建立关联。n建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。n只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。课件制作人：谢

4、希仁移动站与 AP 建立关联的方法n被动扫描，即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。n信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等）。n主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。课件制作人：谢希仁热点(hot spot)n现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。n由许多热点和 AP 连接起来的区域叫做热区(hot zone)。热点也就

5、是公众无线入网点。n现在也出现了无线因特网服务提供者 WISP(Wireless Internet Service Provider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到 WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。课件制作人：谢希仁2.移动自组网络又称自组网络(ad hoc network)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点n自组网络是没有固定基础设施（即没有 AP）的无线局域网。这种网络由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。课件制作人：谢希仁移动自组网络的应用前景 n在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。n这种组网方式也

6、能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。n当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的，课件制作人：谢希仁无线传感器网络 WSN(Wireless Sensor Network)n由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。n无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。n由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。n无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。课件制作人：谢希仁传感器结点的形状(a)和组

7、成(b)存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)(b)课件制作人：谢希仁无线传感器网络主要的应用领域 n环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；n战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；n医疗中对病房的监测和对患者的护理；n在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；n城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。课件制作人：谢希仁移动自组网络和移动 IP 并不相同 n移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。n移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。n移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的

8、路由选择协议，并且可以不和因特网相连。课件制作人：谢希仁几种不同的接入n固定接入(fixed access)在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。n移动接入(mobility access)用户设置能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时，通信仍然是连续的。n便携接入(portable access)在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。n游牧接入(nomadic access)用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站 课件制作人：谢希仁9.1.2 802.11

9、 局域网的物理层n802.11 无线局域网可再细分为不同的类型。n现在最流行的无线局域网是 802.11b，而另外两种（802.11a 和 802.11g）的产品也广泛存在。n802.11 的物理层有以下几种实现方法：n直接序列扩频 DSSSn正交频分复用 OFDM n跳频扩频 FHSS（已很少用）n红外线 IR（已很少用）课件制作人：谢希仁几种常用的 802.11 无线局域网 标准频段数据速率物理层优缺点802.11b2.4 GHz最高为11 Mb/sHR-DSSS 最高数据率较低，价格最低，信号传播距离最远，且不易受阻碍 802.11a5 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，

10、支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g2.4 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比 802.11b贵课件制作人：谢希仁9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议1.CSMA/CA 协议 无线局域网却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。这里主要有两个原因。nCSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。n即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生

11、碰撞。课件制作人：谢希仁无线局域网的特殊问题 当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem)A 的作用范围C 的作用范围ABCD课件制作人：谢希仁无线局域网的特殊问题 B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露站问题(exposed station problem)ADCB？B 的作用范围C 的作用范围课件制作人：谢希仁CS

12、MA/CA 协议 n无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。n改进的办法是把 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。n802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用停止等待协议。n下面先介绍 802.11 的 MAC 层。课件制作人：谢希仁9.2 无线个人区域网 WPAN(Wireless Personal Area Network)n在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点 AP。n整个网络的范围大约在 10 m 左右。n无线个人区域网 WPA

13、N 和个人区域网 PAN(Personal Area Network)并不完全等同，因为 PAN 不一定都是使用无线连接的。课件制作人：谢希仁1.蓝牙系统(Bluetooth)n最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是 IEEE 802.15.1。n蓝牙的数据率为 720 kb/s，通信范围在 10 米左右。n蓝牙使用 TDM 方式和扩频跳频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。课件制作人：谢希仁皮可网(piconet)nPiconet 直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。n每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工

14、作的从设备(Slave)。n通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。n这种主从工作方式的个人区域网实现起来价格就会比较便宜。课件制作人：谢希仁9.3 无线城域网 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)n2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准 HiperMAN。nWMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。n在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。课件制作人：

15、谢希仁WiMAXWorldwide Interoperability for Microwave Access nWiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN，这与Wi-Fi 常用来表示无线局域网 WLAN 相似。nIEEE 的 802.16 工作组是无线城域网标准的制订者，而 WiMAX 论坛则是 802.16 技术的推动者。n两个正式标准n802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2 66 GHz频段）。n802.16 的增强版本，即 802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2 6 GHz频段），它向下兼容 802.16-200

16、4。课件制作人：谢希仁802.16 无线城域网服务范围的示意图 ISP802.11 WLAN802.11 热点802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特网802.16 基站802.16802.16电信网课件制作人：谢希仁覆盖范围几种无线网络的比较 1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX课件制作人：谢希仁计

17、算机网络（第 5 版）第 10 章 下一代因特网课件制作人：谢希仁第 10 章 下一代因特网10.1 下一代网际协议 IPv6(IPng)10.1.1 解决 IP 地址耗尽的措施 10.1.2 IPv6 的基本首部 10.1.3 IPv6 的扩展首部 10.1.4 IPv6 的地址空间 10.1.5 从 IPv6 向 IPv4 过渡 10.1.6 ICMPv6课件制作人：谢希仁第 10 章 下一代因特网（续）10.2 多协议标记交换 MPLS 10.2.1 MPLS 的产生背景 10.2.2 MPLS 的工作原理 10.2.3 MPLS 首部的位置与格式10.3 P2P 文件共享 课件制作人：

18、谢希仁10.1 下一代的网际协议 IPv6(IPng)10.1.1 解决 IP 地址耗尽的措施n从计算机本身发展以及从因特网规模和网络传输速率来看，现在 IPv4 已很不适用。n最主要的问题就是 32 位的 IP 地址不够用。n要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：n采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更加合理。n采用网络地址转换 NAT 方法以节省全球 IP 地址。n采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。课件制作人：谢希仁10.1.2 IPv6 的基本首部 nIPv6 仍支持无连接的传送所引进的主要变化如下n更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位

19、增大到了 128 位。n扩展的地址层次结构。n灵活的首部格式。n改进的选项。n允许协议继续扩充。n支持即插即用（即自动配置）n支持资源的预分配。课件制作人：谢希仁IPv6 数据报的首部nIPv6 将首部长度变为固定的 40 字节，称为基本首部(base header)。n将不必要的功能取消了，首部的字段数减少到只有 8 个。n取消了首部的检验和字段，加快了路由器处理数据报的速度。n在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首部。n所有的扩展首部和数据合起来叫做数据报的有效载荷(payload)或净负荷。课件制作人：谢希仁IPv6 数据报的一般形式 基本首部 扩展首部 1 扩展首部 N 数 据 部 分

20、选项IPv6 数据报有效载荷课件制作人：谢希仁041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24有效载荷（扩展首部/数据）IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）课件制作人：谢希仁041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 位）（128 位t）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24扩展首部/数据IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）有效载荷（扩展首部/数据）课件制作人：

21、谢希仁10.1.4 IPv6 的地址空间1.地址的类型与地址空间 IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：(1)单播(unicast)单播就是传统的点对点通信。(2)多播(multicast)多播是一点对多点的通信。(3)任播(anycast)这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。课件制作人：谢希仁结点与接口nIPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称为结点。nIPv6 地址是分配给结点上面的接口。n一个接口可以有多个单播地址。n一个结点接口的单播地址可用来唯一地标志该结点。课件制作人：谢希仁冒号

22、十六进制记法(colon hexadecimal notation)n每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFn零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。nFF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：nFF05:B3 课件制作人：谢希仁点分十进制记法的后缀 n0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 再使用零压缩即可得出：:128.10.2.1nCIDR 的斜线表示法仍然可用。n60 位的前缀 12AB00000000CD3 可记为：12AB:0000:00

23、00:CD30:0000:0000:0000:0000/60或12AB:CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30:/60 课件制作人：谢希仁2.地址空间的分配nIPv6 将 128 位地址空间分为两大部分。n第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。n第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。类型前缀地址的其他部分长度可变长度可变128 位课件制作人：谢希仁3.特殊地址 未指明地址 这是 16 字节的全 0 地址，可缩写为两个冒号“:”。这个地址只能为还没有配置到一个标准的 IP 地址的主机当作源地址使用。环回地址 即 0:0:0:0:0:0:0:1（记为:1）。基

24、于 IPv4 的地址 前缀为 0000 0000 保留一小部分地址作为与 IPv4 兼容的。本地链路单播地址 课件制作人：谢希仁前缀为 0000 0000 的地址 n前缀为 0000 0000 是保留一小部分地址与 IPv4 兼容的，这是因为必须要考虑到在比较长的时期 IPv 4和 IPv6 将会同时存在，而有的结点不支持 IPv6。n因此数据报在这两类结点之间转发时，就必须进行地址的转换。0000.0000 FFFF IPv4 地址80 位16 位32 位IPv4 映射的IPv6 地址课件制作人：谢希仁4.全球单播地址的等级结构 IPv6 扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级：(1)全球路

25、由选择前缀，占 48 位。(2)子网标识符，占16 位。(3)接口标识符，占 64 位。第一级第三级接口标识符（64 位）子网标识符（16 位）第二级全球路由选择前缀（48 位）位 0 48 64 127 课件制作人：谢希仁10.1.5 从 IPv4 向 IPv6 过渡 n向 IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的 IPv6 系统能够向后兼容。nIPv6 系统必须能够接收和转发 IPv4 分组，并且能够为 IPv4 分组选择路由。n双协议栈(dual stack)是指在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个 IPv4 和一个 IPv6。课

26、件制作人：谢希仁用双协议栈进行从 IPv4 到 IPv6 的过渡 双协议栈IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4 网络ABCDEF流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分流标号：无源地址：A目的地址：F 数据部分双协议栈IPv6/IPv4IPv6 数据报IPv6 数据报源地址：A目的地址：F数据部分源地址：A目的地址：F数据部分IPv4 数据报课件制作人：谢希仁IPv4 网络IPv6IPv6ABCDEFIPv4 数据报IPv4 数据报IPv4网络 IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B目的地址：EIPv6数据报双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4

27、双协议栈IPv6/IPv4IPv4 网络流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报源地址：B目的地址：EIPv6数据报使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡 课件制作人：谢希仁10.1.6 ICMPv6nICMPv6 的报文格式和 IPv4 使用的 ICMP 的相似，即前 4 个字节的字段名称都是一样的。n但 ICMPv6 将第 5 个字节起的后面部分作为报文主体。nICMPv6 的报文划分为四大类n差错报告报文n提供信息的报文n多播听众发现报文n邻站发现报文 课件制作人：谢希仁10.2 多协议标记交换 MPLS(

28、MultiProtocol Label Switching)n在 20 世纪 80 年代，出现了一种思路：用面向连接的方式取代 IP 的无连接分组交换方式，这样就可以利用更快捷的查找算法，而不必使用最长前缀匹配的方法来查找路由表。n这种基本概念就叫做交换(switching)。n人们经常把这种交换概念与异步传递方式 ATM(Asynchronous Transfer Mode)联系起来，n在传统的路由器上也可以实现这种交换 10.2.1 MPLS 的产生背景课件制作人：谢希仁10.2.2 MPLS 的工作原理1.基本工作过程 nMPLS 对打上固定长度“标记”的分组用硬件进行转发，使分组转发过

29、程中省去了每到达一个结点都要查找路由表的过程，因而分组转发的速率大大加快。n采用硬件技术对打上标记的分组进行转发称为标记交换。“交换”也表示在转发分组时不再上升到第三层用软件分析 IP 首部和查找转发表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。课件制作人：谢希仁MPLS 协议的基本原理 MPLS 域普通 IP 分组LDPLDPLDPMPLS入口结点打上标记去除标记MPLS出口结点标记交换标记交换标记交换ABCD普通路由器标记交换路由器 LSR打上标记的分组课件制作人：谢希仁MPLS 的基本工作过程(1)MPLS 域中的各 LSR 使用专门的标记分配协议 LDP 交换报文，并找出标记交换路径LSP。各 LSR 根据这些路径构造出分组转发表。(2)分组进入到 MPLS 域时，MPLS 入口结点把分组打上标记，并按照转发表将分组转发给下一个 LSR。(3)以后的所有 LSR 都按照标记进行转发。每经过一个 LSR，要换一个新的标记。(4)当分组离开 MPLS 域时，MPLS 出口结点把分组的标记去除。再以后就按照一般分组的转发方法进行转发。课件制作人：谢希仁