部分IP电话技术基础.ppt

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1、,IP电话基础知识,第二章 IP电话技术基础,重点：熟悉INTERNET协议结构，掌握IP、TCP、UDP协议难点：掌握UDP协议的结构及在IP 语音中的应用,复习题:1、简述计算机网络结构和TCP/IP协议的组成 2、简述UDP协议的特点,IP电话基础知识,2.1 计算机网络协议基础知识,IP电话基础知识,参照国际标准化组织(ISO)制定的计算机网络开放式互连(OSI)协议参考模型，计算机网络被分成了七层，定义和功能如下：,（1）应用层（Application）功能：为了满足用户的需要，根据进程之间的通信性质，负责完成用户要完成的各种程序或网络服务的接口工作。处理的数据单元：报文。处理的地址

2、：进程标识，端口号。,IP电话基础知识,（2）表示层（Presentation）功能：处理结点间或通信系统间信息表示方式方面的问题。处理的数据单元：报文。（3）会话层（Session）功能：会话层的主要作用是组织、协商、管理两个应用进程之间的会话。会话的含义：就是在不同主机的应用进程之间建立、维持联系。处理的数据单元：报文。,IP电话基础知识,（4）运输层（Transport）功能：在两个端系统（源站和目的站）的会话层之间，建立一条可靠或不可靠的运输连接，以透明的方式传送报文。处理的数据单元：报文段。处理的地址：进程标识，TCP和UDP端口号。,IP电话基础知识,（5）网络层（Network）

3、功能：使用逻辑地址（IP地址）进行寻址，通过路由选择算法为数据分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能。处理的数据单元：分组。处理的地址：逻辑地址，如，IP地址。,IP电话基础知识,（6）数据链路层（Data Link）功能：负责在两个相邻结点间的线路上，无差错地传送以“帧”为单位的数据。处理的数据单元：数据帧。处理的地址：硬件的物理地址。,IP电话基础知识,（7）物理层（Physical）功能：为“数据链路层”提供一个物理连接。物理层定义了以下4个规章特性，用以确定如何使用物理传输介质来实现两个结点间的物理连接。物理层协议处理的数据：二进制比特信号，如，二进制的基带信号

4、或模拟信号。处理的地址：直接面向物理端口的各个管脚，如RS-232的管脚。,IP电话基础知识,2.1.1 TCP/IP协议,TCP/IP四层参考模型:网络接入层:1）主要参与在传输IP分组时建立和网络介质的物理连接。2）本层包括局域网和广域网技术，以及OSI参考模型中的物理层和数据链路层。3）接入层的功能包括IP地址与物理硬件地址的映射，以及将IP分组封装成帧。,IP电话基础知识,网际层又被称为互联层、互联网络层或网间网络层。主要负责相邻结点之间，数据分组的逻辑（IP）地址寻址与路由。IP（Internet Protocol，网际协议）：为IP数据包进行寻址和路由。ICMP（Internet

5、Control Message Protocol，网际控制报文协议）：用于处理路由、协助IP层实现报文传送的控制机制，并为IP协议提供差错报告。,IP电话基础知识,网际层（续）,ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：用于完成主机的IP（Internet）地址向物理地址的转换。RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆向地址解析协议）：用来完成主机的物理地址到IP地址的转换或映射功能。,IP电话基础知识,传输层又称运输层。提供端到端的可靠或不可靠的通信服务。端到端的通信服务通常是指网络结点间应用程序之间的连接服务

6、。TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议：是一种面向连接的、高可靠性的、提供流量与拥塞控制的传输层协议。UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议：是一种面向无连接的、不可靠的、没有流量控制的传输层层协议。,IP电话基础知识,运输层（续）：TCP或UDP端口号（port）定义：不同的进程用进程号或进程标识惟一地标识出来。进程标识符就是“端口号”，又被称为“进程地址”。端口号的表示：端口号的长度定义为16位二进制，其值可以是065535之间的任意十进制整数。全局端口号：又称“默认端口号”或“公认端口号”，每个客户进程都知道相应服

7、务器的全局端口号。默认端口号的值定义在01023范围内。端口号与传输层协议的关联：TCP和UDP有各自独立的端口号，如表3-3和表3-4所示。,IP电话基础知识,表2-1 TCP端口号与服务进程,端口号 服务进程说明20 FTP 文件传输协议（数据连接）21 FTP 文件传输协议（控制连接）23 Telnet 远程登录或仿真（虚拟）25 SMTP 简单邮件传输协议53 DNS域名服务80 HTTP 超文本传输协议110 POP邮局协议111 RPC远程过程调用,端口号服务进程说明53DNS域名服务67BOOTP引导程序协议又称自举协议67DHCP动态主机配置协议69TFTP简单文件传输协议11

8、1RPC远程过程调用123NTP网络时间协议161SNMP简单网络管理协议,表2-2 UDP端口号与服务进程,IP电话基础知识,IP电话基础知识,TCP/IP模型的应用层与OSI模型的上3层相对应。应用层常用的协议有下几类：（1）依赖于TCP协议的应用层协议（2）依赖于无连接UDP协议的应用层协议（3）非标准化协议非标准化协议属于用户自己开发的专用应用程序，它们建立在TCP/IP协议簇基础上。,应用层：,IP电话基础知识,TCP/IP协议的基本参数,IPV4编址技术在TCP/IP网络中，每个节点（计算机或设备）都有一个惟一的IP地址。根据其IP地址，可以找到这台计算机所在网络的编号，以及该计算

9、机在该网络上的主机编号。1.IP地址的表示每个IP地址由32位二进制位组成；IP地址分为4个部分，每部分的8位二进制使用十进制数字表示。使用点分十进制的方式表示，如，。,IP电话基础知识,2.IP地址的结构每个IP地址由两部分组成，其两层地址结构如图所示。,TCP/IP网络中IP地址的结构,IP电话基础知识,（1）网络地址网络地址用于辨认网络，又被称为：网络编号、网络ID或网络标识。（2）主机地址主机地址用于辨认同一网络中的主机，也被称为主机ID、主机编号或主机标识。,IP电话基础知识,3.IP地址的划分,Internet委员会定义了5种标准的IP地址类型，格式参见图3-11。（1）A类地址:

10、一般分配给大规模的网络。（2）B类地址:一般分配给中等规模的网络。（3）C类地址:一般分配给小规模的网络。（4）D类地址：用于多播，所谓的多播就是把数据同时发送给一组主机。（5）E类地址：是为将来预留的，也可以作为实验地址。,IP电话基础知识,3.IP地址的划分(续),IP电话基础知识,4.TCP/IP协议配置,在配置TCP/IP协议时，一共有3个重要参数，即IP地址、子网掩码和默认网关。1.子网掩码（subnet masks）（1）什么是子网掩码（2）默认子网掩码的类型（3）子网掩码的两个功能区分IP地址的网络编号与主机编号。用于划分子网。,IP电话基础知识,5 TCP/IP协议功能及特点（

11、1）TCP/IP是Internet的基础与核心；（2）使用Internet时无需了解网络底层；（3）Internet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；,IP电话基础知识,2.1.2 TCP协议,进程-进程数据传输差错检测可靠数据传输面向连接拥塞控制,TCP基本功能,IP电话基础知识,TCP主要特点,面向连接面向字节流可靠交付全双工一对一的链接,IP电话基础知识,TCP首部,20 字节的固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,32 位,SYN,RST

12、,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP报文段首部,IP电话基础知识,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,TCP首部,20字节固定首部,目 的 端 口,数据偏移,检 验 和,选 项（长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位 0 8 16 24 31,填 充,IP电话基础知识,TCP 的连接建立,用三次握手建立 T

13、CP 连接的各状态,CLOSED,CLOSED,A,B,客户,服务器,IP电话基础知识,第1步，客户进程首先向服务器进程发出连接请求报文。同位符SYN=1；初始序号seq=0。消耗一个序列号，客户机进入SYN-SENT（同步已发送）状态第2步，服务器向客户机发送确认，ack=0+1；选择初始初始序号seq=0；服务器进入SYN-SENT状态；第3步，客户机收到服务器确认，继续向服务器发出确认 seq=1，ack=1；服务器收到确认后进入ESTABLISHED状态,TCP三次握手说明:,IP电话基础知识,UDP协议,UDP协议 是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数

14、据报协议,主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式,IP电话基础知识,UDP在TCP/IP协议族中的位置,网络层,数据链路层,物理层,IP,ICMP,IGMP,RARP,ARP,传输层,UDP,TCP,应用层,IP电话基础知识,进程到进程间的通信,物理层,数据链路层,物理层,数据链路层,IP协议,Foxmail.exeSpark.exe,Foxmail.exeSpark.exe,TCP/UDP协议,IP电话基础知识,端口号,IP协议通信,物理层,数据链路层,网络层,物理层,数据链路层,网络层,IP地址和数据,IP头+数据,Foxmail.exe,Spark.exe,Iexplorer.exe

15、,IP电话基础知识,用户数据报,固定首部,数据（可变）,源端口号16比特,目的端口号16比特,总长度16比特,检验和16比特,8字节,源端口号：源主机的端口号，客户端大多数情况下是短暂端口号，服务端大多数情况下是熟知端口号。,总长度：总长度规定了UDP报文的最大长度，但是大多数实现所提供的长度要比65535小。,原因一：应用程序可能会受到其程序接口的限制。socket API提供了一个可供应用程序调用的函数，以设置接收和发送缓存的长度。对于UDP socket，这个长度与应用程序可以读写的最大UDP数据报的长度直接相关。现在的大部分系统都默认提供了可读写大于8192字节的UDP数据报。原因二：

16、来自于TCP/IP的内核实现。可能存在一些实现特性（或差错），使I P数据报长度小于65535字节。,UDP格式,IP电话基础知识,发送端检验和的计算,16位源端口号,32位源IP地址,32位目的IP地址,0,8位协议,16位UDP长度,16位源端口号,16位UDP长度,16位检验和,填充数据,UDP数据报,伪首部,0,将所有的比特划分为16位的字,若字节总数不是偶数，则增加一个字节的填充（全0）,将所有的16位部分使用反码算术相加，得到结果取反码，写入检验和字段,IP电话基础知识,接收端检验和的计算,16位源端口号,32位源IP地址,32位目的IP地址,0,8位协议,16位UDP长度,16位

17、源端口号,16位UDP长度,16位检验和,填充数据,UDP数据报,伪首部,将所有的比特划分为16位的字,若字节总数不是偶数，则增加一个字节的填充（全0）,将所有的16位部分使用反码算术相加，得到结果取反码，若结果是0,接收,若结果不为0,丢弃,IP电话基础知识,UDP的操作,无连接,UDP提供无连接的服务，UDP发送的每个数据报之间是没有关系的。不同用户数据报之间没有区别。UDP不需要建立连接，也没有断开连接，每一个数据报都可以走不同的路径。,路由,路由,路由,UDP没有流控制也没有差错控制,IP电话基础知识,UDP的操作,封装和拆装,物理层,UDP数据,数据,进程,IP数据,数据,物理层,U

18、DP数据,数据,IP数据,数据,进程,数据大于MTU时，会进行IP分片,IP电话基础知识,UDP的操作,队列,进程,UDP,出队列,入队列,客户端从系统请求端口号，服务端使用熟知端口号，然后创建队列。出队列溢出时，操作系统要求进程继续发送报文要等待；入队列溢出时UDP丢弃这个数据报，并请求ICMP发送端口不可达报文接收报文后，对端口进行检查，如果该端口队列被创建，则将报文插入队列末尾，如果没有这样的队列，则丢弃报文，并请求ICMP发送不可达报文。,IP电话基础知识,UDP的操作,复用和分用,复用：在发送端，多个进程使用UDP发送数据，但是只有一个UDP，是一个一对多的关系，因而需要复用。UDP

19、从不同的进程中接受报文，通过端口号区分他们，加上UDP头部后交付给IP。分用：在接收端，多个进程使用UDP接收数据，但是只有一个UDP，是一个多对一的关系，因而需要分用。UDP从IP接收数据报，经过差错检查后丢掉首部，然后通过端口号，将每个数据报交付到相应的进程。,UDP的使用,UDP适用于，简单的请求-响应通信，而较少考虑控制和差错的进程。UDP适用于具有内部流控制和差错控制机制的进程。UDP适用于多播和广播，多播和广播能力已经嵌入在UDP软件中。UDP可用于管理进程，如SNMP（简单网络管理协议）。UDP可用于某些路由选择更新协议，如RIP（路由选择信息协议）。,IP电话基础知识,UDP小

20、结,UDP是运输层协议，它创建进程到进程的通信。UDP是不可靠的无连接协议，它只需要很小的开销，但是很够很快的交付。没有流控制和差错控制使得如果想要安全可靠的交付，必须要对它进行控制。每一个进程有一个唯一的端口号，可以将它和其他同时在一个机器上运行的进程区分开来。客户程序大都使用短暂端口号，服务器程序使用熟知端口号。UDP需要一对插口地址：客户插口地址和服务器插口地址。UDP在差错控制方面仅有的尝试就是检验和。在检验和中使用到来自IP的伪首部，可以检查源IP地址和目的IP地址。UDP可以分用复用。UDP软件包括：一个控制块表、一个控制块模块、若干个输入队列、一个输入模块和一个输出模块。,IP电

21、话基础知识,IP电话基础知识,RTP协议,实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）RTP协议详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式，RTP通常使用UDP来进行多媒体数据的传输，当然也可采用TCP传递。RTP协议由两个密切相关的部分组成：RTP数据协议和RTP控制协议（RTCP）。,IP电话基础知识,RTP协议格式:,RTP数据协议负责对流媒体数据进行封包并实现实时传输，RTP数据报都由头部（Header）和负载（Payload）两个部分组成，其中头部前12个字节的含义是固定的，而负载则可以是音频或视频数据,RTP数据报的头部格式如图所示：,V

22、:RTP版本号；P：填充位，说明此包末尾是否包含填充比特，填充可能用于某些具有固定长度的 加密算法，或者用于在底层数据单元中传输多个RTP包。X：扩展位，说明固定头后是否有扩展头；PT（Payload Type）：载荷类型识别 RTP 有效载荷的格式；序列号：每发送一个 RTP 数据包，序列号增加1。接收方可以依次检测数据包的丢失并恢复数据包序列。时间戳：反映 RTP 数据包中的第一个八位组的采样时间。采样时间必须通过时钟及时提供线性无变化增量获取，以支持同步和抖动计算。,IP电话基础知识,实时传输控制协议(RTCP),RTP本身并不能为按序传输数据包提供可靠的保证，也不提供流量控制和拥塞控制

23、，这些都由RTCP来负责完成。当应用程序启动一个RTP会话时将同时占用两个端口，分别用来传送数据包和控制信息包。通常RTCP会采用与 RTP相同的分发机制，向会话中的所有成员周期性地发送控制信息，应用程序通过接收这些数据，从中获取会话参与者的相关资料，以及网络状况、分组丢失概率等反馈信息，从而能够对服务质量进行控制或者对网络状况进行诊断。,IP电话基础知识,RTCP数据报类型,RTCP协议的功能是通过不同的RTCP数据报来实现的：发送端报告(SR):是指发出RTP数据报的应用程序或者终端，发送端同时也可以是接收端。接收端报告(RR):是指仅接收但不发送RTP数据报的应用程序或者终端。源描述(S

24、DES):主要功能是作为会话成员有关标识信息的载体，如用户名、邮件地址、电话号码等，此外还具有向会话成员传达会话控制信息的功能。通知离开(BYE):主要功能是指示某一个或者几个源不再有效，即通知会话中的其他成员自己将退出会话。应用程序自己定义(APP):解决了RTCP的扩展性问题，并且为协议的实现者提供了很大的灵活性。,IP电话基础知识,RTCP协议帧结构,Version 识别 RTP 版本。RTCP 数据包中的该值与 RTP 数据包中的一样；P 填充位，说明此包末尾是否包含填充比特，填充可能用于某些具有固定长度的 加密算法。RC 接收方报告计数。包含在该数据包中的接收方报告块的数量，有效值为 0；Packet type 数据包类型，包括常量 200，识别这是一个 RTCP SR 数据包；Length RTCP 数据包的大小,IP电话基础知识,流媒体系统工作原理,