数通原理参考教材(组播、QoS和安全)

注意事项：在解决组播延迟问题时需要注意不要过度优化网络设备性能避免影响其他网络 应用的正常运行。同时也需要根据实际情况选择合适的组播协议和参数配置。
组播带宽问题及解决方案
问题：组播流 量过大导致网
络拥堵
解决方案：优 化组播源减少 不必要的组播
流量
问题：组播组 成员过多导致
网络拥堵
解决方案：限 制组播组成员 数量合理规划
使用过滤技术：通过过滤不必要 的组播数据减少对带宽和设备的 占用提高网络性能。
添加标题
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优化网络结构：合理规划组播网 络结构避免不必要的层级和转发 提高组播数据传输效率。
负载均衡：合理分配组播流量避 免网络拥塞和设备过载提高网络 稳定性和可靠性。
QoS在组播中的应用
定义：QoS（Qulity of Service）是一种 网络服务质量控制机制用于确保网络传输 的服务质量。
组播的优点
降低网络负载：组播传输只发送一份数据避免数据在网络中的重复传输有效降低网络负载。
提高数据传输效率：组播采用树状结构进行数据分发能够快速、准确地将数据传输到目标接收 者。
增强数据安全性：组播支持加密传输能够保证数据在传输过程中的安全性和保密性。
灵活的接收者管理：组播支持动态成员资格协议能够灵活地管理接收者列表实现动态添加或删 除接收者。
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组播原理及配置介绍
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 组播原理 组播配置
组播应用场景 组播安全与优化 常见组播问题及解决方案
01
添加目录项标题
02
组播原理
什么是组播

传输层协议
01
02
03
传输层协议提供端到端 的数据传输服务，确保 数据完整性和顺序正确
性。
主要的传输层协议包括 TCP（Transmission Control Protocol）和
UDP（User Datagram Protocol）。
TCP协议提供可靠的、有 序的和错误校验的数据 传输，而UDP协议提供 无序的、不可靠的数据
THANKS
感谢观看
，满足各种无线应用需求。
未来数据通信的展望
更高速度和更低延迟
随着5G/6G等通信技术的发展，未来数据通信将实现更高速率和 更低延迟的数据传输。
更广泛的应用领域
随着物联网、人工智能等新兴技术的普及，数据通信将应用于更广 泛的领域，促进各行业的数字化转型。
更高级的安全保障
随着量子通信技术的发展，未来数据通信将提供更高级的安全保障 ，确保信息安全。
同步传输
数据块以连续的方式进行传送，传送 速率固定，字符之间无间隔。
基带传输与频带传
基带传输
在信道上直接传送数字信号的电脉冲，适合于近距离数据传 输。
频带传输
利用调制解调技术将基带信号转换为高频信号在信道上传输 ，然后再将其还原成原始信号，适合于远距离数据传输。
多路复用技术
时分多路复用（TDM）
广域网是一种覆盖广阔地理区域的计算机网 络，通常跨越城市、地区甚至算机、设 备和服务，以便实现跨地域的数据传输和资 源共享。广域网通常使用公共通信网络（如 电话线、光纤和卫星）来传输数据，并支持 各种不同的协议和技术。
互联网
总结词
互联网是一种全球性的、开放的计算机网络 ，由多个局域网、城域网和广域网互联而成 。
网络层协议

由于IP组播地址的后28位中只有23位被映射到组播MAC地址，这样会有32个 IP组播地址映射到同一组播MAC地址上。
组播原理-组播IP与组播MAC的映射
组播IP与组播MAC的换算
IP对应MAC的换算方法：将IP后23位换算成16进制，插入01:00:5E:后面则为对应的MAC地址。 例如：224.1.1.1、224.129.1.1……239.1.1.1、239.129.1.1复用了一个MAC： 0100.5E01.01.01 。
源IP
224.1.1.1
换算成二进制
11100000.00000001.00000001.00000001
再换成16进制
01
.01
.01
加上组播MAC头 0100.5E
最后形成：
0100.5E01.01.01
可用的其它31个组播IP地址： 224.129.1.1 225.1.1.1 225.129.1.1 226.1.1.1 226.129.1.1 227.1.1.1 227.129.1.1 228.1.1.1
先知道组播源的位置，但可以在任意时间加入或离开组播组。
l
SSM模型Source-Specific Multicast：即指定信源组播模型。在现实生活中，
用户可能只对某些组播源发送的组播信息感兴趣，而不愿接收其它源发送的信息。
SSM模型为用户提供了一种能够在客户端指定组播源的传输服务。
组播原理-组播的转发树
组播源平台
组播报文在网络中沿着树型转发路径进行转发， 该路径称为组播转发树。它可分为源树（Source Tree）和共享树（RPT）两大类
组播源平台
用户
用户
组播源DR RP
接收者DR

(学时： 50 )数据通信原理课程是面向电子信息工程、网络工程等专业开设的一门必修的专业基础课程，是该专业的主干课程，共 50 学时， 3.0 学分，其中实验课程 10 学时。

本课程在电子信息工程专业教学计划中是一门专业基础课程，又是一门专业的数字信号传输的理论课，它是为满足通信领域对应用人材的需要而设置的。

通过本课程的学习，为以后学习计算机通信网络和计算机通信接口技术等后继课程打下必备的基础，并且为以后从事计算机通信工作提供一定的技术支持。

1．基本要求通过本课程的学习，要求学生掌握数据通信的构成原理和工作方式；掌握数据信号的传输理论：基带传输和频带传输；掌握差错控制的基本原理和工作方式，理解常用差错控制码的构成原则；理解数据交换的原则，掌握分组交换的基本内容，了解分组交换网的构成。

本课程是一门原理性的课程，要求学生掌握数据通信较完整的概念和构成。

2．基本方法本课程的教学方式和方法主要以课堂讲授为主，并以课堂讨论和习题课为辅。

1．授课教材《数据通信原理》詹仕华主编，中国电力出版社(2022 年第 1 版)。

2．主要参考书目《数据通信技术教程》蒋占军编著，机械工业出版社(2022 年第 2 版)。

《数据通信原理》毛京丽等编著，北京邮电大学出版社(2000 年第二版)；《数据通信原理》杨世平等编著，国防大学出版社(2001 年第一版)；《现代通信原理》钱学荣编，清华大学出版社(1999 年)。

本课程共 3.0 学分，总教学共 50 学时，具体学时分配如下表：各章节内容学时数第一章：绪论 4第二章：数据通信基础知识 6第三章：数据信号的基带传输 8第四章：数据信号的频带传输 8第五章：差错控制与信道编码 8第六章：物理层接口与传输控制规程 2第七章：分组交换数据网 4实验 10第一章绪论(4 学时)1、目的要求：本章介绍数据通信有关的重要概念和定义，要求理解数据通信系统的构成、数据传输速率、方式、质量和信道容量的基本内容。

《通信原理》是一门广泛教授通信工程基础知识的课程，有很多经典的教材被广泛使用。

以下是一些被广泛认可的经典《通信原理》教材：
1. "通信原理" (Communication Systems) by Simon Haykin 和 Michael Moher：这是一本被广泛采用的教材，涵盖了通信原理的基本概念、模型和技术，包括调制、解调、多路复用、噪声和编码等内容。

2. "现代数字和模拟通信系统" (Modern Digital and Analog Communication Systems) by B.P. Lathi：这本教材全面介绍了通信系统的基本理论和设计原则，包括模拟调制、数字调制、信道编码和调制解调等方面。

3. "通信系统工程" (Communication Systems Engineering) by John G. Proakis 和 Masoud Salehi：这本教材详细介绍了通信系统的原理、设计和性能分析，包括模拟和数字调制、多址和分多址技术、信道编码和多路复用等内容。

OSPF是一个内部网关协议(IGP)
OSPF属于链路状态协议, 维护一个复杂的网络拓扑数据库， 采用SPF算法计算最优路由。
OSPF的网络类型分为：多点网络、点到点网络
OSPF的优点
无路由自环 可适应大规模网络 路由变化收敛速度快 支持区域划分 支持等值路由 支持验证 支持路由分级管理 支持以组播地址发送协议报文
OSPF 的相关概念（2）
Interface（协议接口）
运行OSPF协议的接口； 周期性的发送协议报文（Hello包），查找发现邻居（neighbor）。
指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR）
广播网络中为了减少OSPF同步链路状态信息的流量，根据接口优先级 自动选举一个DR和BDR来代表这个网络。
OSPF的工作过程（1）
运行OSPF协议，发现邻居；
交互链路状态信息（LSA），同步链路状态数据库 （LSDB），建立邻接关系；
运用SPF算法，计算最短路径树，生成路由。
OSPF的工作过程（2）
自治系统
接口启动OSPF
邻居列表
拓扑数据库
路由表
课程内容
OSPF概述 OSPF的一些概念 OSPF的工作过程
链接状态数据库（Link State Database）：
包含了网络中所有路由器的链接状态。它表示着整个网络的拓扑结构。
Neighboring Routers（邻居路由器）
直连网络中的OSPF路由器根据hello包自动形成邻居关系。
Adjacency（邻接关系）
在邻居关系的基础上，同步链路状态信息数据库后形成邻接关系。
Down State
Hello，我的router ID是10.75.0.1，没有看到邻居。

基于端口的 VLAN 划分 .................................................错误!未指定书签。 VLAN Trunk 的应用....................................................错误!未指定书签。 VLAN 间互通应用......................................................错误!未指定书签。 VLAN Aggregation 的应用..............................................错误!未指定书签。 参考资料清单 ........................................................... 错误!未指定书签。
VLAN Stacking .......................................................... 错误!未指定书签。 VLAN Mapping ........................................................... 错误!未指定书签。 VLAN Damping ........................................................... 错误!未指定书签。 VLAN 的应用.............................................................错误!未指定书签。
VLAN 内通信过程.........................................................错误!未指定书签。 VLAN 基本通信原理....................................................错误!未指定书签。 VLAN 跨越交换机通信原理..............................................错误!未指定书签。

2023
《数据通信原理》 PPT课件
REPORTING
2023
目录
• 数据通信概述 • 数据传输原理 • 数据交换原理 • 数据通信协议 • 数据通信的应用 • 数据通信的发展趋势
2023
PART 01
数据通信概述
REPORTING
数据通信的定义
数据通信的定义
数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式，它通过传输信道将 数据终端与计算机连接起来，实现数据终端之间或数据终端与计算机之间的远程数据传输 和信息交换。
拥塞控制
防止过多的数据在网络中造成拥塞。
信道管理
合理分配和使用信道资源，提高数据传输 效率。
2023
PART 03
数据交换原理
REPORTING
数据交换的类型
01
02
03
电路交换
通过建立电路连接来提供 连续的数据传输服务。
报文交换
将数据打包成报文，通过 存储转发的方式进行交换 。
分组交换
将数据分割成多个分组， 通过动态分配路径进行交 换。
无线数据通信技术
总结词
无线数据通信技术以其灵活性和便捷性，成为现代数据通信的重要组成部分。
详细描述
无线数据通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。这些技术使得设备之间可以无 线连接，方便用户随时随地获取和交换信息。
物联网数据通信技术
总结词
物联网技术的发展，使得数以亿计的 设备能够相互连接并进行数据交换。 物联网数据通信技术是实现这一目标 的关键。
2023
PART 02
数据传输原理
REPORTING
数据传输方式
并行传输
数据在多个通道上同时传输， 适用于近距离、高速传输。

15
CQ队列 队列
CQ：定制队列，用户可配置队列间占用的带宽比例关系 ：定制队列， 共分17个队列 号为系统队列 优先调度； 个队列： 号为系统队列， 共分 个队列：0号为系统队列，优先调度；1-16号为用户 号为用户 队列， 队列，根据带宽配额轮询调度 带宽比例满足统计规律 各队列长度及带宽配额可配置
8
报文着色(Marker/Re-marker) 报文着色
Hammer OS可以实现的 可以实现的Marker/Re-marker 特性 可以实现的 802.1p (COS) IP Precedence IP TOS IP DSCP MPLS EXP
9
拥塞避免
尾丢弃， 尾丢弃，Tail Drop Tail Drop带来的问题：TCP全局同步 带来的问题： 带来的问题 全局同步 随机丢弃， 随机丢弃，RED (Random Early Detection) 假定大多数在数据传输应用中进行的通信对丢失很敏感 加权随机丢弃， 加权随机丢弃，WRED (Weighted Random Early Detection) 区别是引入了IP优先权 与RED区别是引入了 优先权，区别丢弃策略 区别是引入了 优先权， 可以根据当前队列深度来预测拥塞情况，采取抑制部分TCP 可以根据当前队列深度来预测拥塞情况，采取抑制部分 连接的方式， 连接的方式，控制拥塞程度 由于采用随机丢弃的方式， 由于采用随机丢弃的方式，避免了传统尾丢弃方式引起的 TCP全局同步现象发生。提高了线路带宽的利用率。 全局同步现象发生。 全局同步现象发生 提高了线路带宽的利用率。
12
FIFO队列 队列
FIFO：通常的先进先出队列，报文的入队顺序和报文的出队顺 ：通常的先进先出队列， 序相同。 序相同。

31
RPF
RPF的例子
源 151.10.3.21
RPF检查失败 报文从错误接口到来! 组播报文

组播转发
RPF的例子（续）
源151.10.3.21 发出的组播数据报文
RPF检查失败!
单播路由表 网络 接口 S1 151.10.0.0/16 S1 198.14.32.0/24 S0 204.1.16.0/24 E0
第1节 组播数据转发 第2节 RPF
28
组播数据转发
组播路由和单播路由是相反的 单播路由关心数据报文要到哪里去。 组播路由关心数据报文从哪里来。
组播路由使用 “反向路径转
发”机制(RPF, Reverse Path Forwarding)
29
第4章 组播数据转发
第1节 组播数据转发
IP组播基础
IP 组播技术实现了 IP 网络中点到多点的 高效数据传送，能够有效地节约网络带 宽、降低网络负载，在实时数据传送、 多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等 诸多方面都有广泛的应用。
1
学习完此课程，您将会：
了解什么是组播及组播的地址 结构 了解组播的转发流程 了解源路径树以及共享树等相 关概念
S1
X
S0
S2
E0
数据报文从非正确的接口到达! 丢弃数据报文！
33
组播转发
RPF的例子（续）
源151.10.3.21 发出的组播数据报文
S0 S1 S2 E0
RPF检查成功!
单播路由表 网络 接口 151.10.0.0/16 S1 198.14.32.0/24 S0 204.1.16.0/24 E0
全局范围地址（Globally Scoped Address）

华为认证数通—HCIP 培训大纲课程简介HCIP是华为数通认证的中级课程，完成了HCIA阶段学习的人群，或者具备相当于HCIA 级别的网络技术人群可进行HCIP的学习，该课程包含但不限于：网络基础知识，交换机和路由器原理，TCP/IP协议簇，路由协议，访问控制，eSight、Agile Controller产品介绍，SDN、VXLAN、NFV的基本知识，PDIOI等。

完成此课程的学习后，将对中小型网络有全面深入的了解，掌握中小型网络的通用技术，具备独立设计中小型网络以及使用华为路由交换（数通）设备实施设计的能力。

学员基础需要具备HCIA的基础高职或本科院校学生希望从事ICT相关工作培训目标1、本课程定位于中小型网络的构建和管理。

2、掌握网络基础知识、交换机和路由器工作原理3、掌握TCP/IP协议簇，OSPF、ISIS路由协议4、熟悉网络管理系统esight，敏捷控制器AgileController5、了解网络前沿技术SDN、VXLAN、NFV的基本知识6、了解企业级网络的规划、设计、实施和维护流程课程大纲模块一路由协议管理1. OSPF协议基本原理2. OSPF域内路由、域间路由、外部路由3. OSPF特殊区域及其他特性4. OSPF配置实验5. ISIS协议原理与配置6. ISIS协议特性与配置实验7. BGP协议原理与配置8. BGP路由反射器、聚合、常用属性值，选路原则等9. BGP协议特性与配置实验模块二组播技术1. IP组播基础2. IGMP协议原理与配置(v1、v2、v3)3. PIM-DM协议原理与配置实验4. PIM-SM协议原理与配置实验模块三路由控制1. 路由控制工具ACL、IP-Prefix、Filter-Policy、Route-Policy等的使用方法。

2. 路由策略与策略路由的区别与应用及配置实验3. PBR配置实验4. 双点双向重分发引起的次优问题及解决方案5. 双点双向重分发引起的环路问题及解决方案模块四企业交换网络部署1. Eth-Trunk技术原理与配置2. 交换机高级特性（端口隔离、端口安全、MUX VLAN）3. RSTP协议原理与配置4. MSTP协议原理与配置5. Eth-Trunk及MUX VLAN配置实验6. RSTP及MSTP协议特性与配置实验模块五MPLS技术1. MPLS协议原理与配置实验2. LSP概念与建立方法3. LDP协议原理与配置实验4. MPLS VPN技术原理与配置实验模块六网络管理及敏捷控制系统1. DHCP协议原理与配置实验2. 镜像技术原理与配置实验3. eSight基本概述4. eSight基本功能5. Agile Controller产品特性介绍模块七提升企业网服务质量1. QoS服务模型2. 报文分类与标记的原理与配置实验3. 拥塞管理的原理与配置实验4. 拥塞避免的原理与配置实验5. 流量监管与流量整形原理与配置实验模块八增强企业网络安全1. 信息安全综述2. 华为防火墙技术基础3. 防火墙基础功能配置实验4. 防火墙对多通道协议的支持及ASPF技术5. 防火墙源NAT原理及配置实验6. 防火墙攻击防范介绍模块九网络可靠性技术1. VRRP协议原理与配置2. VRRP主备备份工作过程及配置实验3. VRRP负载分担工作过程及实验配置4. BFD协议原理与配置课程教材：原厂教材课程证书：学习结束，通过考试即获得原厂证书（HCIP）课程日期：双休班、晚班、脱产班上课地点：南京市秦淮区中山东路300号长发中心A栋23楼。

网络拥塞的产生
流量聚合
100Mbps 100Mbps
Data-flow
民族 安全 创新 服务
网络拥塞的后果
尾丢弃（Tail Drop）：当发生拥塞时，接口输出队列被占满， 后面要入队的报文被丢弃。 尾丢弃是最普通的丢弃机制，也是系统默认的丢弃机制。 对TCP流来讲，尾丢弃有以下缺陷： （1）TCP全局同步； （2）TCP饿死、延迟、抖动
服务模型，是指一组端到端的Qos功能 Best-Effort service 尽力而为服务 Integrated service (Intserv) 集成服务
Differentiated service (Diffserv) 区分服务
民族 安全 创新 服务
Best-Effort service
民族 安全 创新 服务
QOS技术目标



支持为用户提供专用带宽 减少报文的丢失率 避免和管理网络拥塞 流量整形 设置报文的优先级
民族 安全 创新 服务
课程内容
1
QOS技术概念 QOS服务模型
网络拥塞的产生和避免 拥塞管理技术
2
3 4 5
流量监管与流量整形
民族 安全 创新 服务
QOS服务模型
民族 安全 创新 服务
Differentiated service
Differentiated service 区分服务
Diffserv是一个多服务模型，可以满足不同的Qos维护状态，它根据每个报文指定的QoS，来提供特定的 服务，包括进行报文的分类、流量整形、流量监管和排队。 主要实现技术包括CAR,队列技术。
router1(config)#interface serial 0/0

Shared Distribution Tree
20
组播分布树 的识别
(S,G) entries
从指定的源发送数据到组播组 组播数据转发通过最短路径的形式从源出发
(*,G组
组播数据都经由汇聚点RP来进行发送到组播组
21
组播转发
组播路由与单播路由是相对的.
13
Layer 2 组播帧的Switching CGMP
解决方法 1: CGMP
•在交换机和路由器上运行. •路由器发送CGMP报文到交换机，使用 CGMP multicast MAC address 0100.0cdd.dddd
•CGMP 报文包含:
Type field: 加入或者离开 IGMP客户端的MAC地址 组播的MAC地址 •交换机实用CGMP报文中的信息针对特有的组播 MAC地址进行添加或者移除进入.
5
组播应用程序的类型
点到多模式: 单个主机发送数据给多个接收者 多到多模式: 一组主机发送数据给同一个组播组的成员 多到点模式: 一批接收者发送返回数据给源 (通过 单播 或 组播 方式)
6
IP 组播应用程序
Live TV and Radio Broadcast to the Desktop Corporate Broadcasts
25
PIM Sparse Mode （松散模式）
Training
Real-Time Data Delivery—Financial
7
IP 组播地址范围
IP 组播地址:
Class D address Range from 224.0.0.0 through 239.255.255.255
IANA分配的公有组播地址：
Reserved use: 224.0.0.0 through 224.0.0.255

多媒体数据通信与QoS技术1、IP语音即IP电话，VOIP,是基于IP协议的语音通信1.1 IP电话的工作过程五个步骤：（1）语音的数字化（2）数据压缩（3）数据打包（4）解包及解压缩（5）语音恢复特点：由于IP网的QoS没有保障，在网络恶化的情况下，在传输的过程中很大一部分包会被丢失或被延迟传送，这些丢弃、延迟和被破坏的包是导致语音质量下降的根本原因。

1.2 IP电话的技术分类⏹PC到PC双方同时利用计算机和Modem拨号上IP网。

⏹PC到电话PC到电话与“PC到PC"使用的技术比较相近，通话是一方利用PC、Modem和专用软件直接上网，通过媒体网关或IP电话网关拨到对方电电话机上。

⏹电话到电话三种应用方式：（1）通话双方都有PC与电话直接连接，用户不必直接操作PC，但是只能进行单点的通话，没有标准的通信服务功能。

（2）通话双方都不需要使用计算机，只需要各自配备上网账号与专用的IP电话设备。

（3）IP电话在媒体网关支持下的电话到电话方式，由ISP提供全套服务，通话双方不需要增加任何软硬件设备，只需现有电话即可实现IP电话功能。

1.3 IP电话基本网络协议网络协议是网络通信的基础，世界上提出的IP电话协议是H.323协议。

现有SIP协议、NCS协议、ASP协议、SGCP协议、RSGP协议、IPDC协议以及MGCP协议等。

2、网络视频与流媒体2.1 网络视频的特点（1）交互性（2）实时性（3）集成性分技术集成性和媒体信息集成性：技术集成性是指将原来的电话、广播、电视、音像等技术与计算机网络技术融为一体。

媒体信息集成性是指网络视频可以包括音频、文字、动画等在内的数据信息的集成，还能附加一些控制信息。

（4）码率可变、突发性强2.2 视频压缩技术为了提高视频传输的实时性和有效性，需对视频进行压缩编码。

常用的压缩算法有：H.263、H.264、MPEG-4等2.3 流媒体技术概述什么是流媒体？流媒体一般是指通过IP网络传送媒体信息的技术，特指通过Internet将影视节目传送到PC机。