第1章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念

1、第1章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備1.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念 網(wǎng)絡(luò)世界發(fā)展迅猛，各種技術(shù)豐富多采。在過去的20年中最為成功的一項(xiàng)技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（Internetworking）技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指將使用不同鏈路層協(xié)議的單個(gè)網(wǎng)絡(luò)連結(jié)成一個(gè)整體，使之能夠相互通信的一種技術(shù)和方法。 從通信協(xié)議的角度看，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)分為四個(gè)層次：物理、鏈路、網(wǎng)絡(luò)、傳輸及以上。一般Lan-Lan互聯(lián)由于在傳輸層以下，大多采用中繼器和橋，有時(shí)也用路由器做信息隔離。而LAN-WAN互聯(lián)一般采用路由器，少數(shù)用網(wǎng)關(guān)，并且可以利用公共傳輸系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。中繼器、橋及路由器等設(shè)備的特點(diǎn)和用途將在后面章節(jié)進(jìn)行介紹。

2、1.1.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式 1.1.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式 由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不一樣，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)有以下幾種形式：1局域網(wǎng)的互聯(lián)。由于局域網(wǎng)種類較多（如今牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等），使用的軟件也較多，因此局域網(wǎng)的互聯(lián)較為復(fù)雜。對不同標(biāo)準(zhǔn)的異種局域網(wǎng)來講，既可實(shí)現(xiàn)從低層到高層的互聯(lián)，也可只實(shí)現(xiàn)低層（在數(shù)據(jù)鏈路層上，例如網(wǎng)橋）上的互聯(lián)；2局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)。不同地方（可能相隔很遠(yuǎn)）的局域網(wǎng)要借助于廣域網(wǎng)互聯(lián)。這時(shí)每個(gè)獨(dú)立工作的局域網(wǎng)都能相當(dāng)于廣域網(wǎng)的互聯(lián),常用網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和協(xié)議功能；3廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)。這種互聯(lián)相對以上兩種互聯(lián)要容易些。這是因?yàn)閺V域網(wǎng)的協(xié)議層次常處于OSI七層模型的低層，不涉及高層協(xié)議

3、。著名的X.25標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)是局域網(wǎng)連入Internet的主要方式。幀中繼與X.25網(wǎng)、DDN均為廣域網(wǎng)。它們之間的互聯(lián)屬于廣域網(wǎng)的互聯(lián)，目前沒有公開的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。下面所要說的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式就是針對上述的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而言的 。 1.1.2 上網(wǎng)方式 目前常見的上網(wǎng)方式通常有以下幾種： 1ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)） ISDN的英文全稱是Integrated Services Digital Network，中文意思就是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。在國內(nèi)前幾年才開始應(yīng)用，而國外整整比我們早了二十多年。ISDN的概念是在1972年首次提出的，是以電話綜合數(shù)字網(wǎng)（IDN）為基礎(chǔ)發(fā)展而成的通信網(wǎng)，它能提供端到端的數(shù)字連接，用

4、來承載包括語音和非語音等多種電信業(yè)務(wù)。ISDN分為兩種：N-ISDN（窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）和B-ISDN（寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）。由于ISDN是數(shù)字信號，所以比普通模擬電話信號更加穩(wěn)定，而上網(wǎng)的穩(wěn)定性是速度的最根本的保證。ISDN比模擬電路更不易塞車，并且它可以按需撥號。2.ADSL 2.ADSL（非對稱數(shù)字用戶服務(wù)線） ADSL是Asymmetric Digital Subscriber Loop（非對稱數(shù)字用戶回路）的縮寫，它的特點(diǎn)是能在現(xiàn)有的銅雙絞普通電話線上提供高達(dá)8Mbit/s的高速下載速率和Mbit/s的上行速率，而其傳輸距離為3km到5km。其優(yōu)勢在于可以不需要重新布線，它充分利用

5、現(xiàn)有的電話線網(wǎng)絡(luò)，只需在線路兩端加裝ADSL設(shè)備即可為用戶提供高速高帶寬的接入服務(wù)，它的速度是普通Modem撥號速度所不能及的，就連ISDN一線通的傳輸率也約只有它的百分之一。這種上網(wǎng)方式不但降低了技術(shù)成本，而且大大提高了網(wǎng)絡(luò)速度。因而受到了許多用戶的關(guān)注。器接口地址的網(wǎng)絡(luò)之間的路由器 3DDN專線 DDN是“Digital Data Network”的縮寫，意思是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，即平時(shí)所說的專線上網(wǎng)方式。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)是一種利用光纖、數(shù)字微波或衛(wèi)星等數(shù)字傳輸通道和數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，它可以為用戶提供各種速率的高質(zhì)量數(shù)字專用電路和其他新業(yè)務(wù)，以滿足用戶多媒體通信和組建中高速計(jì)算機(jī)通信

6、網(wǎng)的需要。主要有六個(gè)部分組成：光纖或數(shù)字微波通信系統(tǒng)；智能節(jié)點(diǎn)或集線器設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備；用戶環(huán)路；用戶端計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備。它的速率從64Kbit/s-2Mbit/s可選。 4ATM異步傳輸方式 4ATM異步傳輸方式 ATM是目前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最新技術(shù)，它采用基于信元的異步傳輸模式和虛電路結(jié)構(gòu)，根本上解決了多媒體的實(shí)時(shí)性及帶寬問題。實(shí)現(xiàn)面向虛鏈路的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，它通常提供155Mbit/s的帶寬。它既汲取了話務(wù)通訊中電路交換的“有連接”服務(wù)和服務(wù)質(zhì)量保證，又保持了以太、FDDI等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中帶寬可變、適于突發(fā)性傳輸?shù)撵`活性，從而成為迄今為止適用范圍最廣、技術(shù)最先進(jìn)、傳輸效果最理想的網(wǎng)

7、絡(luò)互聯(lián)手段。ATM技術(shù)具有如下特點(diǎn)：ATM技術(shù)具有如下特點(diǎn)：技術(shù)具有如下特點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸有連接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)。 （2）交換吞吐量大、帶寬利用率高。 （3）具有靈活的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和負(fù)載平衡能力，伸縮性、可靠性極高。 （4）ATM是現(xiàn)今惟一可同時(shí)應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它將局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)技術(shù)統(tǒng)一。它的速率可達(dá)千兆位（1000Mbit/s）。 5有線電視網(wǎng) 利用有線電視網(wǎng)進(jìn)行通信，可以使用Cable Modem，即電纜調(diào)制解調(diào)器，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Cable Modem主要面向計(jì)算機(jī)用戶的終端。它連接有線電視同軸電纜與用戶計(jì)算機(jī)之間的中間設(shè)備。目前

8、的有線電視節(jié)目傳輸所占用的帶寬一般在50550MHz范圍內(nèi)，有很多的頻帶資源都沒有得到有效利用。由于大多數(shù)新建的CATV網(wǎng)都采用光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)（HFC網(wǎng)，即Hybrid Fiber Coax Network），使原有的550MHzCATV網(wǎng)擴(kuò)展為750MHz的HFC雙向CATV網(wǎng)，其中有200MHz的帶寬用于數(shù)據(jù)傳輸，接入國際互聯(lián)網(wǎng)。這種模式的帶寬上限為860MHz1000MHz。Cable Modem技術(shù)就是基于750MHz HFC雙向CATV網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的。1.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 1.2.1 路由器（Router） 最簡單的網(wǎng)絡(luò)可以想象成單線的總線，各個(gè)計(jì)算機(jī)可以通過向總線發(fā)

9、送分組信息以互相通信。但隨著網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)數(shù)目增長，這會產(chǎn)生許多問題： 1帶寬資源耗盡。 2每臺計(jì)算機(jī)都浪費(fèi)許多時(shí)間處理無關(guān)的廣播數(shù)據(jù)。 3網(wǎng)絡(luò)變得無法管理，任何錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 4每臺計(jì)算機(jī)都可以監(jiān)聽到其他計(jì)算機(jī)的通信。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和路由器的位置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和路由器的位置 通過把網(wǎng)絡(luò)分段可以解決這些問題，但同時(shí)必須提供一種機(jī)制使不同網(wǎng)段的計(jì)算機(jī)可以互相通信，這通常涉及到在一些ISO網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層選擇性地在網(wǎng)段間傳送數(shù)據(jù)，下面來看一下網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和路由器的位置（如圖1-1所示） 路由器位于網(wǎng)絡(luò)層 由圖1-1中可以看到，路由器位于網(wǎng)絡(luò)層。本文假定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為IPv4，因?yàn)檫@是最流行的協(xié)議，其

10、中涉及的概念與其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是類似的。 路由器屬于網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)設(shè)備，用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。路由器有自己的操作系統(tǒng)，運(yùn)行各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IP協(xié)議、IPX協(xié)議、AppleTalk協(xié)議等），用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的功能。路由器的主要工作 路由器的主要工作就是為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)有效地傳送到目的站點(diǎn)。由此可見，選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關(guān)鍵所在。為了完成這項(xiàng)工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)路徑表（Routing Table），供路由選擇時(shí)使用。路徑表中保存著子網(wǎng)的標(biāo)志信息、網(wǎng)上路由器的個(gè)數(shù)和下一個(gè)路由器的名字等內(nèi)容。路徑表可以是由系統(tǒng)管理員設(shè)

11、置好的，也可以由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)修改，可以由路由器自動(dòng)調(diào)整，也可以由主機(jī)控制 。路由器 路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的樞紐、“交通警察”。目前路由器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，各種不同檔次的產(chǎn)品已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)各種骨干網(wǎng)內(nèi)部連接、骨干網(wǎng)間互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通業(yè)務(wù)的主力軍 路由器的分類 路由器通常用于節(jié)點(diǎn)眾多的大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它處于ISO/OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。路由器可分為接入路由器、企業(yè)或校園級路由器、骨干級路由器和大比特路由器等若干種不同的類型。 接入路由器連接家庭或ISP內(nèi)的小型企業(yè)客戶。接入路由器已經(jīng)開始提供SLIP/PPP（串行Internet協(xié)議/點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議）連接方式。這些協(xié)議要能在每個(gè)端口上運(yùn)行。諸如AD

12、SL等技術(shù)將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進(jìn)一步增加接入路由器的負(fù)擔(dān)。由于這些趨勢，接入路由器將來會支持許多異構(gòu)和高速端口，并在各個(gè)端口能夠運(yùn)行多種協(xié)議，同時(shí)還要避開電話交換網(wǎng)。路由器的主要優(yōu)缺點(diǎn) 路由器的優(yōu)點(diǎn)主要是：適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載共享和最優(yōu)路徑、能更好地處理多媒體、安全性高、隔離不需要的通信量、節(jié)省局域網(wǎng)的頻寬、減少主機(jī)負(fù)擔(dān)等。而路由器的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：它不支持非路由協(xié)議、安裝復(fù)雜、價(jià)格高等幾個(gè)方面。 路由器具有四個(gè)要素：輸入端口、輸出端口、交換開關(guān)和路由處理器。 1.2.2 多層交換機(jī) 局域網(wǎng)交換技術(shù)是作為對共享式局域網(wǎng)提供有效的網(wǎng)段劃分的解決方案而出現(xiàn)的，它

13、可以使每個(gè)用戶盡可能地分享到最大帶寬。交換技術(shù)是在OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，因此交換機(jī)對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是建立在MAC（Media Access Control ）地址-物理地址基礎(chǔ)之上的，對于IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，它是透明的，即交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，不知道也無須知道信源機(jī)和信宿機(jī)的IP 地址，只需知其物理地址即MAC 地址。 交換機(jī)交換機(jī)在操作過程當(dāng)中會不斷的收集資料去建立它本身的一個(gè)地址表，這個(gè)表相當(dāng)簡單，它說明了某個(gè)MAC 地址是在哪個(gè)端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)TCP IP 封包時(shí)，它便會看一下該數(shù)據(jù)包的目的MAC 地址，核對一下自己的地址表以確認(rèn)應(yīng)該從

14、哪個(gè)端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。由于這個(gè)過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬件進(jìn)行-ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，因此速度相當(dāng)快，一般只需幾十微秒，交換機(jī)便可決定一個(gè)IP 封包該往那里送。值得一提的是：萬一交換機(jī)收到一個(gè)不認(rèn)識的封包，就是說如果目的地MAC 地址不能在地址表中找到時(shí)，交換機(jī)會把IP 封包擴(kuò)散出去，即把它從每一個(gè)端口中送出去，就如交換機(jī)在處理一個(gè)收到的廣播封包時(shí)一樣。二層交換機(jī)的弱點(diǎn)正是它處理廣播封包的手法不太有效，比方說，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)收到一個(gè)從TCP/IP 工作站上發(fā)出來的廣播封包時(shí)，他便會把該封包傳到所有其他端口去，哪怕有些

15、端口上連的是IPX 或DECnet 工作站 這樣一來，非TCP/IP 節(jié)點(diǎn)的帶寬便會受到負(fù)面的影響，就算同樣的TCP/IP 節(jié)點(diǎn)，如果他們的子網(wǎng)跟發(fā)送那個(gè)廣播封包的工作站的子網(wǎng)相同，那么他們也會無原無故地收到一些與他們毫不相干的網(wǎng)絡(luò)廣播，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率因此會大打折扣。從90 年代開始，出現(xiàn)了局域網(wǎng)交換設(shè)備。從網(wǎng)絡(luò)交換產(chǎn)品的形態(tài)來看，交換產(chǎn)品大致有三種：端口交換、幀交換和信元交換。在IOS的七層參考模型中，第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）是實(shí)現(xiàn)交換的，第三層（網(wǎng)絡(luò)層）是實(shí)現(xiàn)路由的。 第三層交換機(jī) 第三層交換機(jī)實(shí)際上是將傳統(tǒng)交換器與傳統(tǒng)路由器結(jié)合起來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它既可以完成傳統(tǒng)交換機(jī)的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。當(dāng)然，這種二層設(shè)備與三層設(shè)備的結(jié)合，并不是簡單的物理結(jié)合，而是各取所長的邏輯結(jié)合，其中最重要的表現(xiàn)是，當(dāng)某一信息源的第一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)入第三層交換機(jī)后，其中的路由系統(tǒng)將會產(chǎn)生一個(gè)MAC地址與IP地址映射表，并將該表存儲起來，當(dāng)同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入第三層交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，而不再需要?jīng)過第三層路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息