第2章 基于IP的数据通信网络

课程目标：

• 掌握现代企业信息网的基本架构；

• 熟悉以太网络与以太帧结构；

• 熟悉以太帧的发送与接收原理；

• 掌握IP地址分类；

• 掌握变长子网掩码；

• 掌握ARP、ICMP等常用的网络协议。

基于IP（Internet Protocol）的数据通信网络，正以前所未有的速度改变着全世界的通信网络架构和通信产业格局。IP是一种为了满足计算机网络互连需要的异构网互连通信协议，其目的是在开放系统互连模型的第三层——网络层实现互连，以期无缝连接不同硬件结构的网络。IP技术的出现使得网络技术和低层的软硬件技术能够独立并行发展。

IP网络本质上是一种面向无连接的分组传送网。IP网络的早期发展依托于公用通信网和语音交换网络（STM体制）来建立骨干网，其数据速率为56kbit/s～50Mbit/s。随着数据业务量的增加，20世纪90年代则依托ATM技术开始着手建立骨干网，其数据速率为155.52～622.08Mbit/s。1997年以后，随着高速路由交换机的商品化，IP网络以承载网的角色开始独立发展，由高速路由交换机和专线组成的骨干网（底层仍采用STM体制）线速扩充至2.5Gbit/s。现阶段的IP骨干网主要还是STM-16（2.5Gbit/s）和STM-64（10Gbit/s）为依托，正在向以10Gbit/sTDM为基础的40Gbit/s（40×10GTDM）、80Gbit/s（8×10GTDM）和320Gbit/s（32×10GTDM）发展。高达1600Gbit/s（160×10Gbit/s）的波分复用系统已经应用于国家IP骨干网。

IP网络初期的目的只是为计算机间传输数据提供连接，因而业务单一，只有数据业务。目前IP网络发展最为迅速，其数据业务量已经超过传统的电话业务量，并且其业务类型已由数据业务发展到数据、语音通信和视频综合业务。

实际上IP网络能够高速发展的原因之一应归功于传统电话业务的普及。IP网络的早期用户主要是大学、研究机构、团体和企业，其普及程度远不及电话业务的普及。随着借助电话线路拨号上网和IP网络电话实用技术的发展，IP网络的应用进入家庭普及个人，IP网络也因此有了高速发展的市场驱动。

为了有效布署IP网络，先后出现了多种协议标准：ATM论坛开发的局域网仿真LANE标准，由IETF组织颁布的传统的互连网层IP在ATM上的运行标准IPOA，克服了LANE和IPOA局限性的多协议信息传输标准MPOA，以及比LANE、IPOA和MPOA更完善的多协议标记交换MPLS。

目前版本的共享介质局域网仿真LANE存在虚电路开销大，能够支持的用户数少等缺陷，因而只适用于网络规模不大的场合。

IPOA则存在可扩展性问题，对其地址解析所支持的用户规模有限制（不超过数千用户），故也只适应于较小规模的网络。

MPOA有效地克服了LANE和IPOA在可扩展方面的局限性与性能的瓶颈等问题，能够高效可伸缩地在ATM上支持多种网络协议，支持网络层的虚拟子网，与现有路由器网络协同工作，存在的主要问题是如何解决具有NHRP协议的地址解析响应时间所导致的较大延迟。

多协议标记交换（MPLS）是针对IPOA、LANE、MPOA等技术存在的不足而提出来的IP over ATM的解决方案。MPLS将IP的智能和ATM的高速交换及可靠性结合在一起，采用MPLS技术的网络在转发IP业务时，不采用逐跳转发方式，也无需在网络中的所有路由器进行第三层路由表的查询，而是在网络的边缘进行一次路由表的查询，然后给进入MPLS域的IP包加上一个标签，带标签的IP包在网络进行第二层交换快速转发到MPLS标记的边缘，再去掉标签还原成传统IP包进行转发，由此大大提高了IP包的转发速度。

本章内容以当前基于IP的企业组网案例为先导，围绕以太网技术展开讨论，重点分析了各种网络协议及相应的数据协议单元格式。通过学习，旨在使读者熟悉并掌握IP网络的基础知识。