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IP电话技术与软交换 1 1.目录第一章第一章 IP IP电话概述电话概述第二章第二章 IP IP电话技术基础电话技术基础第三张第三张 语音处理技术语音处理技术第四章第四章 基于基于H.323H.323协议的协议的IPIP电话技术电话技术第五章第五章 基于基于SIPSIP的的IPIP电话技术电话技术第六章第六章 IP IP电话的服务质量电话的服务质量第七章第七章 ATM ATM语音技术语音技术第八章第八章 采用分离网关的采用分离网关的IPIP电话系统和软交换体系结构电话系统和软交换体系结构第九章第九章 媒体网关控制协议媒体网关控制协议H.248H.248第十章第十章 信令传输协议信令传输协议(SIGTRAN)(SIGTRAN)2 2.第一章 IP电话概述本章主要介绍了IP电话的定义和IP电话业务的几种类型，IP电话网的结构，IP电话通信的一般过程，IP电话的关键技术。对IP电话与传统电话的特性进行了比较，说明了选择因特网传送语音业务的原因。最后介绍了ITUT和IETF关于IP电话的相关协议和我国国内标准化组织关于IP电话的标准。3 3.1.1 IP电话网的结构和处理过程1.1.1 IP1.1.1 IP电话的定义：电话的定义：IPIP电话是在电话是在IPIP网上传送的具有一定质量的语音业务。网上传送的具有一定质量的语音业务。它采用的技术统称它采用的技术统称Volp(Voice over IP)Volp(Voice over IP)，即在，即在IPIP网上传送网上传送语音。由于计算机网络采用的是分组交换技术，其传送的语音。由于计算机网络采用的是分组交换技术，其传送的数据单元都是由控制部分和数据部分封装而成的独立的数数据单元都是由控制部分和数据部分封装而成的独立的数据包，通常称之为据包，通常称之为“分组分组”(Packet)(Packet)，因此从更一般的意义，因此从更一般的意义上来说，上来说，IPIP电话是采用分组技术传送的语音业务。用分组电话是采用分组技术传送的语音业务。用分组网络传输语音主要有三种方式：帧中继语音技术、网络传输语音主要有三种方式：帧中继语音技术、ATMATM语语音技术和音技术和IPIP语音技术，其中语音技术，其中IPIP语音技术应用得最为广泛。语音技术应用得最为广泛。4 4.1.1.2 IP1.1.2 IP电话的业务类型的业务类型1.PC1.PC到到PCPC PC PC到到PCPC是指利用是指利用PCPC机到机到PCPC机在机在IPIP网上通话，它是网上通话，它是IPIP电电话的最初模型。其实现方式是用户首先与话的最初模型。其实现方式是用户首先与IPIP网实现连接，网实现连接，打开打开IPIP电话客户端应用软件，然后按照提示选择被叫用户电话客户端应用软件，然后按照提示选择被叫用户或被叫用户的或被叫用户的IPIP地址，接通后，双方开始通话。语音信号地址，接通后，双方开始通话。语音信号在发话端的在发话端的PCPC机上进行压缩后经机上进行压缩后经IPIP网络传送到被叫方的网络传送到被叫方的PCPC机上，被叫方机上，被叫方PCPC机对语音包进行解压缩，完成语音信号的机对语音包进行解压缩，完成语音信号的恢复。如图恢复。如图1.1.11.1.1所示。所示。图1.1.1 PC到PC5 5.2.PC2.PC到电话到电话 PC PC到电话实现的基本原理为：用户首先打开客户端软到电话实现的基本原理为：用户首先打开客户端软件，输入被叫号码，客户端软件根据号码查找相应的网关，件，输入被叫号码，客户端软件根据号码查找相应的网关，然后再由网关向被叫用户发起呼叫，被叫摘机后双方进入然后再由网关向被叫用户发起呼叫，被叫摘机后双方进入通话状态。如图通话状态。如图1.1.21.1.2所示。所示。图1.1.2 PC到电话6 6.3.3.电话到电话电话到电话 电话到电话是指电话网中的一台普通电话机经过电话到电话是指电话网中的一台普通电话机经过IPIP网与网与电话网中另一台普通电话机通话。由于电话机是直接与电电话网中另一台普通电话机通话。由于电话机是直接与电话网连接的，要将语音信号转移到话网连接的，要将语音信号转移到IPIP网上进行传输，必须网上进行传输，必须在两种机制的网络之间安装转换设备，这种设备即为在两种机制的网络之间安装转换设备，这种设备即为IPIP电电话网关，如图话网关，如图1.1.31.1.3所示。这种通过所示。这种通过InternetInternet网从普通电话网从普通电话到普通电话的通话方式就是人们通常讲的到普通电话的通话方式就是人们通常讲的IPIP电话，也是目电话，也是目前发展得最快而且最有商用化前途的电话前发展得最快而且最有商用化前途的电话图1.1.3 电话到电话7 7.4.4.电话到电话到PCPC 电话到电话到PCPC是指电话用户拨网关的号码，接入到网关设备，是指电话用户拨网关的号码，接入到网关设备，经过网关接入被叫经过网关接入被叫PCPC，这时需要解决，这时需要解决PCPC的的E.164E.164电话号码电话号码的分配。从目前的使用情况看，电话到电话和的分配。从目前的使用情况看，电话到电话和PCPC到电话的到电话的应用比较多。应用比较多。1.1.3 IP1.1.3 IP电话网的结构电话网的结构 IP IP电话网的基本组成框图如图电话网的基本组成框图如图1.1.41.1.4所示。由图可见，所示。由图可见，IPIP电话网由网关、网守等设备组成。电话网由网关、网守等设备组成。网关是网关是IPIP电话网的接入设备，位于电话交换网与电话网的接入设备，位于电话交换网与IPIP网之网之间，是电话交换网的终结点，也是间，是电话交换网的终结点，也是IPIP（分组）交换网的起（分组）交换网的起始点，为用户提供始点，为用户提供IPIP电话业务，完成信令转换及媒体转换。电话业务，完成信令转换及媒体转换。网守是网守是IPIP电话网的管理设备，它提供地址解析、接入电话网的管理设备，它提供地址解析、接入认证、带宽管理和资源管理等功能。认证、带宽管理和资源管理等功能。8 8.图1.1.4 IP电话网的结构9 9.1.1.4 IP1.1.4 IP电话通信的一般过程电话通信的一般过程1.1.用户使用用户使用IPIP电话通信的过程电话通信的过程2.IP2.IP电话通信的呼叫建立的一般处理过程电话通信的呼叫建立的一般处理过程3.IP3.IP语音分组的基本处理过程语音分组的基本处理过程图1.1.5 IP语音分组的基本处理过程1010.1.2 IP电话的关键技术1.2.1 1.2.1 语音处理技术语音处理技术 低比特率语音编码低比特率语音编码 静音检测静音检测 分组丢失补偿分组丢失补偿 回波抵消回波抵消 处理语音时延抖动的技术处理语音时延抖动的技术图1.2.1 回波产生机理1111.1.2.2 IP1.2.2 IP语音通信协议语音通信协议 语音通信控制协议语音通信控制协议 语音信息传送协议语音信息传送协议 实时控制协议实时控制协议1.2.3 1.2.3 安全技术安全技术 IP IP电话系统的安全性包括以下几个方面：身份认证电话系统的安全性包括以下几个方面：身份认证(Authentication)(Authentication)，授权，授权(Authorization)(Authorization)，加密，不可抵赖，加密，不可抵赖性保护核数据完整性。性保护核数据完整性。1.2.4 1.2.4 服务质量保障技术服务质量保障技术1212.1.3 IP电话与传统电话的比较1.3.1 1.3.1 传统电话传统电话 历史最为悠久、目前得到广泛应用的固定电话网和移动电话网采历史最为悠久、目前得到广泛应用的固定电话网和移动电话网采用的是电路交换技术。电路交换方式的基本特征是将电路作为传输、用的是电路交换技术。电路交换方式的基本特征是将电路作为传输、复用和交换的基本单位。所谓电路，在采用同步时分复用方式的线路复用和交换的基本单位。所谓电路，在采用同步时分复用方式的线路上指的是具有固定比特率的一个时隙。在基于电路交换方式的通信网上指的是具有固定比特率的一个时隙。在基于电路交换方式的通信网中采用同步时分复用方式。在这种方式下，首先将时间划分为等长的中采用同步时分复用方式。在这种方式下，首先将时间划分为等长的基本时间单位，一般称之为帧。每个帧再细分为时隙，时隙一般是等基本时间单位，一般称之为帧。每个帧再细分为时隙，时隙一般是等长的。时隙可以依其在帧中的不同位置予以编号。例如，在长的。时隙可以依其在帧中的不同位置予以编号。例如，在PCMPCM一次一次群中，每群中，每125?s125?s为一帧，每帧划分为为一帧，每帧划分为3232个时隙，记为时隙个时隙，记为时隙O O，时隙，时隙1 1，时隙，时隙3131。对于一条高速数字信道，采用上述的时间分割方法后，。对于一条高速数字信道，采用上述的时间分割方法后，每个编号相同的时隙可以被看成具有恒定速率的低速数字子信道，即每个编号相同的时隙可以被看成具有恒定速率的低速数字子信道，即上面所说的电路。这些数字子信道是靠其在时间轴上的时间位置来识上面所说的电路。这些数字子信道是靠其在时间轴上的时间位置来识别的。图别的。图1.3.11.3.1示意性地表示了同步时分复用中的帧和隙。示意性地表示了同步时分复用中的帧和隙。图1.3.1 同步时分复用 中的帧和时隙1313.在传统的电话通信中，一次通信包括三个过程：建立电路、通话在传统的电话通信中，一次通信包括三个过程：建立电路、通话和释放电路，其中电路的建立和释放需要信令的支持。它的基本特点和释放电路，其中电路的建立和释放需要信令的支持。它的基本特点是为通话双方固定地分配一条具有固定带宽的通信子信道，在数字电是为通话双方固定地分配一条具有固定带宽的通信子信道，在数字电话网中通信子信道的带宽为话网中通信子信道的带宽为64?kbit/s64?kbit/s。在采用电路交换方式时，一旦。在采用电路交换方式时，一旦建立连接，在整个通信期间，该连接始终占用某一时隙，即使用户没建立连接，在整个通信期间，该连接始终占用某一时隙，即使用户没有信息要传递，该时隙也不能用于其他的通信。有信息要传递，该时隙也不能用于其他的通信。1.3.2 IP1.3.2 IP电话电话 IP IP电话是在因特网上采用以电话是在因特网上采用以IPIP包（分组）为单位的包交换方式传包（分组）为单位的包交换方式传送的语音业务，采用分组交换技术。送的语音业务，采用分组交换技术。1.1.分组交换（分组交换（Packet SwitchingPacket Switching）是利用存储）是利用存储转发的方式进行交转发的方式进行交换的。分组交换机首先将从终端设备送来的数据报文接收、存储，而换的。分组交换机首先将从终端设备送来的数据报文接收、存储，而后将报文划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。后将报文划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。在每个分组中都有一个在每个分组中都有一个3 31010个字节的分组头，在分组头中包含有分个字节的分组头，在分组头中包含有分组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。组的地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）两种方式。分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）两种方式。2.2.因特网的数据传输特性因特网的数据传输特性1414.1.4 国际和国内IP电话的标准1.4.1 1.4.1 国际标准化国际标准化组织及标准的发组织及标准的发展展 ITU-T(ITU-T(国际电信国际电信联盟电信标准局联盟电信标准局)协议协议 协议名协议名H.323v1H.323v1用于用于QosQos无保证的无保证的LANLAN上的可视电话系统和设备上的可视电话系统和设备H.323v2H.323v2基于分组的多媒体通信系统基于分组的多媒体通信系统H.323v3H.323v3基于分组的多媒体通信系统基于分组的多媒体通信系统H.323v4H.323v4基于分组的多媒体通信系统基于分组的多媒体通信系统H.225.0H.225.0分组多媒体通信系统的呼叫信令协议和媒体流分组化分组多媒体通信系统的呼叫信令协议和媒体流分组化H.245H.245多媒体通信的控制协议多媒体通信的控制协议H.235H.235H H系列（系列（H.323H.323和其他基于和其他基于H.245H.245的）多媒体终端的安全和保密的）多媒体终端的安全和保密H.450.1H.450.1支持支持H.323H.323补充业务的通用功能协议补充业务的通用功能协议H.450.2-XH.450.2-XH.323H.323各类补充业务各类补充业务H.332H.332关于松弛耦合会议的关于松弛耦合会议的H.323H.323扩展扩展H.248H.248媒体网关（媒体网关（MGMG）和媒体网关控制器（）和媒体网关控制器（MGCMGC）之间的通信协议）之间的通信协议G.711G.711语音频率的脉冲编码调制语音频率的脉冲编码调制G.723.1G.723.1多媒体通信多媒体通信5.3/6.3?kbit/s5.3/6.3?kbit/s双速率语音编码器双速率语音编码器G.728G.728采用低时延码激励线性预测的采用低时延码激励线性预测的16?kbit/s16?kbit/s语音编码语音编码G.729G.729采用共轭结构代数码激励的采用共轭结构代数码激励的8?kbit/s8?kbit/s语音编码语音编码G.729.Annex AG.729.Annex A低复杂低复杂CSCSACELP?8?kbit/sACELP?8?kbit/s语音编码语音编码T.37T.37IPIP网络端点间存储转发方式的传真通信网络端点间存储转发方式的传真通信T.38T.38IPIP网络端点间实时三类传真通信过程网络端点间实时三类传真通信过程表1.4.1 ITUT关于IP电话的协议1515.IETF(InternetIETF(Internet工程任务组工程任务组)协议协议 协议文件协议文件 协议名协议名SIPSIPRFC2543RFC2543会话初始协议会话初始协议SDPSDPRFC2327RFC2327会话描述协议会话描述协议RTPRTPRFC1889RFC1889实时传送协议实时传送协议RTSPRTSPRFC2326RFC2326实时流协议实时流协议PINTPINTInternet Internet draftdraftRINTRINT服务协议服务协议RADIURADIUS SRFC2138/RFC2RFC2138/RFC2139139拨号用户远程权服务协议拨号用户远程权服务协议/RADIUS/RADIUS计计费协议费协议MGCPMGCPInternet Internet draftdraft媒体网关控制协议媒体网关控制协议SCTPSCTPRFC2960RFC2960流控制传输协议流控制传输协议表1.4.2 IETF开发的主要协议1616.1.4.2 1.4.2 国内标准化组织关于国内标准化组织关于IPIP电话的标准电话的标准 IP IP电话在我国已经取得了迅速的发展。为了适应我国电话在我国已经取得了迅速的发展。为了适应我国IPIP电话的迅电话的迅速发展，在国内主要速发展，在国内主要IPIP业务设备制造商和科研部门的提议下，信息产业务设备制造商和科研部门的提议下，信息产业部业部IPIP标准研究组作为国内第一家协调和制定标准研究组作为国内第一家协调和制定IPIP技术相关标准的标准技术相关标准的标准化组织于化组织于19991999年成立。年成立。IPIP标准研究组制定了一整套完整的标准研究组制定了一整套完整的IPIP电话标准。电话标准。它们包括：它们包括：“IP“IP电话传真业务总体技术要求电话传真业务总体技术要求”，“IP“IP电话网关设备技术电话网关设备技术规范规范”，“IP“IP电话网关设备测试方法电话网关设备测试方法”，“IP“IP电话网关设备互通技术规范电话网关设备互通技术规范”，“IP“IP电话网守设备技术要求和测试方法电话网守设备技术要求和测试方法”，“IP“IP电话电话/传真业务总体技传真业务总体技术要求（第二阶段）术要求（第二阶段）”，“No.7“No.7信令与信令与IPIP的信令网关设备技术规范的信令网关设备技术规范”，“流控制传送协议（流控制传送协议（SCTPSCTP）”，“No.7“No.7信令与信令与IPIP互通适配层技术规范互通适配层技术规范消息传递部分（消息传递部分（MTPMTP）第三级用户适配层（）第三级用户适配层（M3UAM3UA）”，“No.7“No.7信令与信令与IPIP互通适配层技术规范互通适配层技术规范消息传递部分（消息传递部分（MTPMTP）第二级对等适配层）第二级对等适配层（M2PAM2PA）”等。另外还有一些配套的标准正在制定中。等。另外还有一些配套的标准正在制定中。在本书的第在本书的第2 2章将介绍章将介绍RTPRTP协议；在第协议；在第3 3章将介绍有关语音编码标章将介绍有关语音编码标准，在第准，在第4 4章将介绍章将介绍H.225.0H.225.0协议和协议和H.245H.245协议；在第协议；在第5 5章将介绍章将介绍SIPSIP协协议和议和SDPSDP协议；在第协议；在第9 9章将介绍章将介绍H.248H.248协议。在第协议。在第1010章将介绍章将介绍SCTPSCTP协议协议和和M3UAM3UA协议。协议。1717.第2章 IP电话技术基础 本章首先介绍了计算机网络协议的概念及开放系统相互通信的过程，然后介绍TCP/IP协议栈的结构，详细说明了IP协议的功能和IP路由选择过程，Internet传输层的几个协议，TCP协议和UDP协议的功能，以及TCP连接建立和释放的过程。最后介绍了实时传输协议RTP。1818.2.1 计算机网络协议结构2.1.1 2.1.1 分层协议概念分层协议概念 计算机网络是一种非常复杂的系统，其中既涉及通信技术又涉及计算机网络是一种非常复杂的系统，其中既涉及通信技术又涉及计算机技术；在通信技术中涉及不同的分组交换技术，在计算机技术计算机技术；在通信技术中涉及不同的分组交换技术，在计算机技术中涉及异种机器、异种操作系统。计算机网络既要保证不同通信技术中涉及异种机器、异种操作系统。计算机网络既要保证不同通信技术和不同计算机系统之间的互通，又要保证这种互通的可靠性和效率。和不同计算机系统之间的互通，又要保证这种互通的可靠性和效率。总之，计算机网络要解决的问题纷繁复杂。为了对问题进行简化，人总之，计算机网络要解决的问题纷繁复杂。为了对问题进行简化，人们利用们利用“分而治之分而治之”的思想，对计算机网络进行模块划分，保证一次只的思想，对计算机网络进行模块划分，保证一次只处理一个模块。这就为网络协议的设计和实现提供了极大的方便。按处理一个模块。这就为网络协议的设计和实现提供了极大的方便。按照层次结构思想，对计算机网络的模块化结果是一组从上到下单向依照层次结构思想，对计算机网络的模块化结果是一组从上到下单向依赖的协议族，又叫协议栈赖的协议族，又叫协议栈(Potocol Stack)(Potocol Stack)。协议栈这一术语非常准确。协议栈这一术语非常准确地表达了各层协议之间的关系。地表达了各层协议之间的关系。2.1.2 2.1.2 协议包含的主要内容协议包含的主要内容 消息类型和格式、编码；消息类型和格式、编码；各种操作对应的消息收发顺序；各种操作对应的消息收发顺序；收到消息后节点应采取的动作；收到消息后节点应采取的动作；相邻层之间的层间原语类型和参数。相邻层之间的层间原语类型和参数。1919.2.1.3 OSI2.1.3 OSI参考模型简介参考模型简介图2.1.1 OSI参考模型2020.OSIOSI中各层的基本功能中各层的基本功能(1)(1)物理层物理层 物理层是最低的一层，它和物理传输媒介有直接的关系，它定义了设物理层是最低的一层，它和物理传输媒介有直接的关系，它定义了设备之间的物理接口，为它的上一层备之间的物理接口，为它的上一层(数据链路层数据链路层)提供一个物理连接，提供一个物理连接，以便透明地传送比特流。在物理层上传送数据的单位是比特以便透明地传送比特流。在物理层上传送数据的单位是比特(bit)(bit)。(2)(2)数据链路层数据链路层 数据链路层的功能是负责在两个相邻节点的线路上以帧为单位的可靠数据链路层的功能是负责在两个相邻节点的线路上以帧为单位的可靠传输。数据链路层将物理层上透明传送的比特流划分为数据帧，并对传输。数据链路层将物理层上透明传送的比特流划分为数据帧，并对每个数据帧进行差错检测及差错校正，并提供流量控制功能。每个数据帧进行差错检测及差错校正，并提供流量控制功能。(3)(3)网络层网络层 网络层提供系统之间的连接，它负责将两个终端系统经过网络中的节网络层提供系统之间的连接，它负责将两个终端系统经过网络中的节点用数据链路连接起来，实现两个终端系统之间数据帧的透明传输。点用数据链路连接起来，实现两个终端系统之间数据帧的透明传输。网络层的主要功能是寻址和路由选择。网络层的主要功能是寻址和路由选择。(4)(4)传输层传输层 传输层可以看作是用户和网络之间的接口，它利用低三层提供的网络传输层可以看作是用户和网络之间的接口，它利用低三层提供的网络服务并向高层提供端到端的透明数据传送，它根据发端和终端的地址服务并向高层提供端到端的透明数据传送，它根据发端和终端的地址定义一个跨过网络的逻辑连接，定义主机中的端口地址，并完成端到定义一个跨过网络的逻辑连接，定义主机中的端口地址，并完成端到端端(而不是第二层处理的一段数据链路而不是第二层处理的一段数据链路)的差错控制和流量控制功能。的差错控制和流量控制功能。2121.(5)(5)会话层会话层 会话层的作用是协调两端用户会话层的作用是协调两端用户(通信进程通信进程)之间的对话过程。例如，确之间的对话过程。例如，确定数据交换操作方式定数据交换操作方式(全双工、半双工或单工全双工、半双工或单工)，确定会话连接故障中，确定会话连接故障中断后对话从何处开始恢复等。断后对话从何处开始恢复等。(6)(6)表示层表示层 表示层负责定义信息的表示方法。表示层将欲交换的数据从适合于某表示层负责定义信息的表示方法。表示层将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法变换为适合于一用户的抽象语法变换为适合于OSIOSI系统内部使用的传送语言。表示系统内部使用的传送语言。表示层的典型服务有：数据翻译层的典型服务有：数据翻译(信息编码、加密和解密信息编码、加密和解密)、格式化、格式化(数据格数据格式的修改及文本压缩式的修改及文本压缩)和语法选择和语法选择(语法的定义及不同语言之间的翻译语法的定义及不同语言之间的翻译)等。等。(7)(7)应用层应用层 应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要，负责用户信息的应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要，负责用户信息的语义表示，并在两个通信进程之间进行语义匹配。语义表示，并在两个通信进程之间进行语义匹配。以上以上7 7层功能按其特点又可分为低层功能和高层功能，低层包括层功能按其特点又可分为低层功能和高层功能，低层包括1 13 3层的全部功能，其目的是保证系统之间跨过网络的可靠信息传送；层的全部功能，其目的是保证系统之间跨过网络的可靠信息传送；高层包括高层包括4 47 7层的功能，是面向应用的信息处理和通信功能。层的功能，是面向应用的信息处理和通信功能。2222.2.1.4 2.1.4 开放系统相互通信的过程开放系统相互通信的过程图2.1.2 开放系统互连环境中的通信过程2323.当发送进程有一组数据要送给接收进程时，它将这组数据送给应当发送进程有一组数据要送给接收进程时，它将这组数据送给应用层实体；应用层在数据上加上一个控制头用层实体；应用层在数据上加上一个控制头7H7H，7H7H中包括应用层的中包括应用层的同层协议所需的控制信息，然后应用层将同层协议所需的控制信息，然后应用层将7H7H和数据一起送往表示层；和数据一起送往表示层；表示层将表示层将7H7H和数据一起看作是上一层的数据单元，然后加上本层的控和数据一起看作是上一层的数据单元，然后加上本层的控制信息，交给会话层；制信息，交给会话层；依此类推。不过数据到了第二层依此类推。不过数据到了第二层(数据链路数据链路层层)后，控制信息分成两部分，分别加到上层数据单元的头部和尾部后，控制信息分成两部分，分别加到上层数据单元的头部和尾部形成本层的数据单元送往物理层，由于物理层是比特流的传送，所以形成本层的数据单元送往物理层，由于物理层是比特流的传送，所以不再加上控制信息。不再加上控制信息。当这一串比特流经网络的物理媒体传送到目的站时，就从物理层当这一串比特流经网络的物理媒体传送到目的站时，就从物理层依次上升到应用层。每一层根据本层的控制信息进行必要的操作，然依次上升到应用层。每一层根据本层的控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，将剩下的数据部分上交给更高的一层。最后，把后将控制信息剥去，将剩下的数据部分上交给更高的一层。最后，把发送进程发送的数据交给目的站的接收进程。发送进程发送的数据交给目的站的接收进程。在协议术语中，从上层接收到的数据体称为服务数据单元在协议术语中，从上层接收到的数据体称为服务数据单元(SDU(SDU：Service Data Unit)Service Data Unit)，加上本层头部后成为本层的协议数据单元，加上本层头部后成为本层的协议数据单元(PDU:Protocol Data Unit)(PDU:Protocol Data Unit)。在不同的协议栈和不同协议层中，协议数。在不同的协议栈和不同协议层中，协议数据单元可有不同的名称，如帧、分组、段、报文等，数据体也可称为据单元可有不同的名称，如帧、分组、段、报文等，数据体也可称为净荷净荷(Payload)(Payload)或用户数据。有时，两个终端系统之间的通信可能经过或用户数据。有时，两个终端系统之间的通信可能经过一个或多个中间节点转接，这些中间节点叫作中继系统，它具有一个或多个中间节点转接，这些中间节点叫作中继系统，它具有1 13 3层的功能。每当数据传送到中继节点时，就从该节点的物理层上升到层的功能。每当数据传送到中继节点时，就从该节点的物理层上升到网络层，完成路由选择后，再回到物理层传送到下一个节点，最后传网络层，完成路由选择后，再回到物理层传送到下一个节点，最后传到终端系统，从物理层上升到应用层后到达应用进程。经过一个或多到终端系统，从物理层上升到应用层后到达应用进程。经过一个或多个中间节点转接的过程如图个中间节点转接的过程如图2.1.32.1.3所示。所示。2424.图2.1.3 经过一个或多个中间节点转接的过程2525.说明一点，在分层协议结构中，相邻层间的接口点称为服务接入说明一点，在分层协议结构中，相邻层间的接口点称为服务接入点点(SAP(SAP：Service Aceess Point)Service Aceess Point)。一般说来，每层协议可为上一。一般说来，每层协议可为上一层多个协议实体提供服务，每个协议实体代表一类协议功能，例层多个协议实体提供服务，每个协议实体代表一类协议功能，例如在应用层可对应为多种不同的应用。因此，每层可有多个如在应用层可对应为多种不同的应用。因此，每层可有多个SAPSAP，每个，每个SAPSAP有其对应的地址。这样从协议的角度看，每个物理节有其对应的地址。这样从协议的角度看，每个物理节点可视作多个逻辑节点，至该节点的连接实际上可为一个多重连点可视作多个逻辑节点，至该节点的连接实际上可为一个多重连接。接。SAPSAP的概念示于图的概念示于图2.1.42.1.4。图2.1.4 SAP的概念2626.2.2 因特网协议结构2.2.1 TCP2.2.1 TCPIPIP的技术思想的技术思想2.2.2 TCP2.2.2 TCPIPIP协议栈结构协议栈结构图2.2.1 TCPIP的网络体系结构2727.TCPTCPIPIP模型由四个层次组成：模型由四个层次组成：1.1.应用层应用层 2.2.传输层传输层 3.3.网络层网络层 4.4.网络嵌入层网络嵌入层5 5 应应用用层层4 4 传传输输层层3 3 网网络络层层2 2 数数据据链链路路层层1 1 物物理理层层图2.2.2 计算机网络的5层模型2828.2.3 IP协议TCPTCPIPIP网络层协议的核心是网络层协议的核心是IP(Internet IP(Internet Protocol)Protocol)协议，又叫网间网协议或网际协议。在协议，又叫网间网协议或网际协议。在计算机网络通信过程中，计算机网络通信过程中，IPIP层协议起着核心的作层协议起着核心的作用：其一，提供无连接的数据报传输机制，虽然用：其一，提供无连接的数据报传输机制，虽然不能保证传输的可靠性却简单有效；其二，利用不能保证传输的可靠性却简单有效；其二，利用IPIP地址和地址和IPIP数据报将各种物理网络技术统一起来，数据报将各种物理网络技术统一起来，达到屏蔽低层细节，向上提供一致性的目的。达到屏蔽低层细节，向上提供一致性的目的。IPIP层协议的主要功能是层协议的主要功能是IPIP数据报传送及在网间的路数据报传送及在网间的路由选择，即由选择，即IPIP路由选择。另外，与路由选择。另外，与IPIP相关的协议相关的协议和内容有和内容有IPIP地址、地址解析、差错控制协议和路地址、地址解析、差错控制协议和路由选择协议等。由选择协议等。2929.2.3.1 IP2.3.1 IP数据报头部的格式数据报头部的格式图2.3.1 IP数据报的格式图2.3.2 服务类型字段格式3030.2.3.2 IP2.3.2 IP地址地址 1.IP1.IP地址的概念地址的概念 从概念上来说，地址是系统中某个对象的标识符。在物理网络从概念上来说，地址是系统中某个对象的标识符。在物理网络中，各站点都有一个机器可以识别的地址，该地址称为物理地址中，各站点都有一个机器可以识别的地址，该地址称为物理地址（也叫硬件地址或（也叫硬件地址或MACMAC地址）。在互联网中，统一通过上层软件地址）。在互联网中，统一通过上层软件（IPIP层）提供一种通用的地址格式，在统一管理下进行分配，确保层）提供一种通用的地址格式，在统一管理下进行分配，确保一个地址对应一台主机；这样，全网的物理地址差异就被一个地址对应一台主机；这样，全网的物理地址差异就被IPIP层屏蔽，层屏蔽，一般将一般将IPIP层所用的地址称为互联网地址，或层所用的地址称为互联网地址，或IPIP地址。它包含在地址。它包含在IPIP数数据报的头部。据报的头部。IP IP地址指定的不是一台计算机，而是该计算机到地址指定的不是一台计算机，而是该计算机到IPIP网网络的一条连接。络的一条连接。2.IP2.IP地址的格式地址的格式图2.3.3 IP地址的格式3131.3.3.子网（子网（SubnetSubnet）编码）编码 分类地址存在缺陷。分类地址存在缺陷。子网划分技术：是指将较大的分类地址（子网划分技术：是指将较大的分类地址（A/B A/B 类）空间划分成多类）空间划分成多个小的子网。个小的子网。子网掩码（子网掩码（32 32 位）定义地址中网络前缀所占的比特数，高位对位）定义地址中网络前缀所占的比特数，高位对应于网络号的比特为应于网络号的比特为1 1，对应于主机号的比特为，对应于主机号的比特为0 0。例如：任意。例如：任意B B类网类网络络189.23.0.0189.23.0.0，其掩码为：，其掩码为：0 xFFFF00000 xFFFF0000（可表示为（可表示为255.255.0.0255.255.0.0）。）。在网络地址后给出子网掩码中在网络地址后给出子网掩码中1 1的位数，如网络的位数，如网络189.23.0.0189.23.0.0可表示为：可表示为：189.23.0.0/16189.23.0.0/16。4.4.超网超网图2.3.4 包含2048个地址的地址范围3232.2.3.3 2.3.3 域名系统域名系统 在采用在采用TCP/IPTCP/IP协议的协议的因特网中，所实现的层次因特网中，所实现的层次型名字管理机制叫做域名型名字管理机制叫做域名系统。系统。为保证域名系统在全为保证域名系统在全球的通用性，国际因特网球的通用性，国际因特网规定了一组正式的通用标规定了一组正式的通用标准标号，作为第一级域的准标号，作为第一级域的域名，如表域名，如表2.3.12.3.1所示。所示。域名域名 域域 COM COM 商业组织商业组织 EDU EDU教育机构教育机构 GOV GOV政府部门政府部门 MIL MIL军事部门军事部门 NET NET主要网络支主要网络支持中心持中心 ORG ORG其他组织其他组织 ARPA ARPA临时的临时的ARPANETARPANET域域 INT INT国际组织国际组织Country Country codecode国家国家(地理地理模式模式)表2.3.1 第一级域的域名3333.2.3.4 2.3.4 逻辑地址和物理地址逻辑地址和物理地址 每个节点的每个节点的IPIP地址是该节点的逻辑地址，地址是该节点的逻辑地址，IPIP地址是由地址是由IPIP网络层处网络层处理的地址。而物理地址是每个节点硬件编码到网卡里的唯一标识，通理的地址。而物理地址是每个节点硬件编码到网卡里的唯一标识，通常叫常叫MACMAC地址。地址。2.3.5 2.3.5 地址解析协议地址解析协议(ARP)(ARP)如果同一网络上的两台主机想要通信，它们还必须知道对方的硬如果同一网络上的两台主机想要通信，它们还必须知道对方的硬件地址件地址(MAC(MAC或网卡地址或网卡地址)，这样才能使用数据链路层协议将数据包放，这样才能使用数据链路层协议将数据包放到帧里，在局部的物理介质上传输。但是，到帧里，在局部的物理介质上传输。但是，TCPTCPIPIP应用程序在指定应用程序在指定目的主机时通常使用逻辑的目的主机时通常使用逻辑的IPIP地址，而不是物理的硬件地址。这样，地址，而不是物理的硬件地址。这样，为了让为了让TCP/IPTCP/IP应用可以使用下层的数据链路层协议，必须有一个过程应用可以使用下层的数据链路层协议，必须有一个过程让发送主机能够获得与目的主机的让发送主机能够获得与目的主机的IPIP地址相对应的硬件地址。地址相对应的硬件地址。地址解析协议地址解析协议(ARP)(ARP)使主机能够动态地获得远端主机硬件地址与使主机能够动态地获得远端主机硬件地址与IPIP地址的映射。地址的映射。ARPARP假设每台假设每台主机知道它自己的硬件地址和主机知道它自己的硬件地址和IPIP地址。这地址。这样，如果一台主机需要知道另一台主机的硬件地址，它简单地向网络样，如果一台主机需要知道另一台主机的硬件地址，它简单地向网络上的所有主机广播一帧包含目的主机上的所有主机广播一帧包含目的主机IPIP地址的地址的ARPARP请求。目的主机接请求。目的主机接收到广播后，识别自己的收到广播后，识别自己的IPIP地址，并且向源主机单点发送一帧地址，并且向源主机单点发送一帧ARPARP响响应，将目的主机的硬件地址告诉源主机。当发出请求的主机收到目的应，将目的主机的硬件地址告诉源主机。当发出请求的主机收到目的主机的主机的ARPARP响应后，它在自己的响应后，它在自己的ARPARP缓存中存储这个硬件地址到缓存中存储这个硬件地址到IPIP地地址的映射。址的映射。ARPARP缓存的使用避免了主机将来与该目的主机通信时另外缓存的使用避免了主机将来与该目的主机通信时另外的的ARPARP请求。请求。3434.2.3.6 IP2.3.6 IP路由选择路由选择 1.IP1.IP路由选择算法路由选择算法 算法：算法：RouteDatagram(Datagram RouteDatagram(Datagram，RoutingTable)RoutingTable)从数据报中提取目的从数据报中提取目的IPIP地址地址D