網絡互聯(lián)與Internet

1、第6章網絡互聯(lián)6.1 網絡互連概述6.1.1 網絡互聯(lián)的概念網絡互連是為了將兩個或者兩個以上具有獨立自治能力、同構或異構的計算機網絡連接起來，實現(xiàn)數據流通，擴大資源共享的范圍，或者容納更多的用戶。 所謂的同構網絡是指網絡類型相同的網絡， 主要指的是網絡執(zhí)行的協(xié)議相同。異 構網絡則相反。例如每一個單位內部，可能不同部門就是一個局域網，但是這些小的局域 網之間，需要交換數據和共享資源，這些局域網不能是相互孤立的，就需要把不 同的部門的局域網互聯(lián)。同時這個單位也需要同其他的單位進行業(yè)務或其他方面 的交流，甚至是跨國界的交流，例如電子郵件來往、數據信息的查詢等，這時就 需要進行更大規(guī)模的網絡互聯(lián)。6.

2、1.2 網絡互聯(lián)的目標和要求網絡互聯(lián)的方法有很多種，但總的來說，進行網絡互聯(lián)應該符合以下要求：1、 在網絡之間提供一條鏈路，至少需要一條物理鏈路和對這條鏈路的控制規(guī)程。2、 在不同網絡進程近提供路徑選擇，以便交換數據。3、 提供各用戶使用網絡的記錄和保持狀態(tài)信息。4、 在提供上述服務時，不需改變原有各網絡的網絡結構，這就需要網絡互聯(lián)功能協(xié)調各個網絡的不同特性。網路互聯(lián)功能需要協(xié)調的方面包括：1、不同編址方案，需要提供全局域網編址方法和目錄服務。2、 不同的最大分組尺寸；在互聯(lián)網中，分組從一個網絡傳送到另一個網絡中，往往需要分成幾部分，稱為分段。3、 不同的網絡訪問控制機制：對不同網絡上的多個站

3、、站和網絡之間的訪問機 制可能是不同的。4、 不同的超時：面向連接的傳送服務總是等待回答響應，如超時后仍沒有接到 響應，則需要重傳。但在互聯(lián)網絡中，數據傳送有時需要經過多個網 絡，這需要更長時間，應該設定合適的超時值，以防不必要的重傳。5、 差錯控制：各個網絡有不同的差錯恢復功能?；ヂ?lián)網絡的服務即不要依賴也 不要影響各個網絡原來的差錯恢復能力。6、 路徑選擇：網內的路徑選擇一般依靠各個網特有的故障檢測和擁擠控制技術。而互聯(lián)網絡應提供不同網上站點之間的路徑。6.1.3網絡互聯(lián)的方案由于網絡的規(guī)模變化很大，小到幾臺計算機就可以連接一個對等網絡，進行文件傳輸；中到一個辦公室或一棟樓聯(lián)成一個局域網，

4、進而在一個校園內建成校 園網，在各個部門的局域網之間共享資源。由于網絡按照覆蓋范圍可以劃分為局 域網、城域網和廣域網，所以網絡互聯(lián)有三種類型：1、 局域網與局域網的互聯(lián)一般來說，局域網在建網初期，網絡的節(jié)點較少，相應的數據通信量也較小，但隨著業(yè)務的發(fā)展，節(jié)點的數目不斷增加，當一個網絡段上的通信量達到極 限時，網絡的通信效率會急劇下降。這一點在以前的章節(jié)中提到過。為了克服這 種問題，可以采取增設網段、劃分子網的方法，但是都涉及到兩個或多個局域網 互聯(lián)問題。對于同構局域網互聯(lián)而言，常用的設備有中繼器、集線器、交換機、網橋等。對于異構網的互聯(lián)，常用的設備有網橋、路由器。2、 局域網與廣域網的互聯(lián)LA

5、N-LAN 互聯(lián)解決了小區(qū)域范圍內的網絡互聯(lián)，而局域網與廣域網的互聯(lián) 擴大了數據通信網絡的連通范圍，其擴大范圍可以超越城市、過界或洲界， 從而形成世界范圍的數據通信網絡局域網與廣域網的互聯(lián)設備主要有：網關和路由器。3、 廣域網與廣域網的互聯(lián)廣域網與廣域網的互聯(lián)一般在政府的電信部門或國際組織間進行，它主要是將不同地區(qū)的網絡互聯(lián)以構成更大規(guī)模的網絡廣域網與廣域網的互聯(lián)主要用的設備是路由器。實際上，網絡互聯(lián)時，一般都不能簡單的直接相連，而是通過一個中間設 備互聯(lián)，這個中間設備稱為中繼系統(tǒng)。中繼系統(tǒng)在OSI模型中可能處在不同的層上，所使用的通信協(xié)議跟所在層相對應， 根據中繼系統(tǒng)所在層的不同有可以分 為

6、互聯(lián)類型：1、物理層的互聯(lián)這時網絡互聯(lián)的中繼系統(tǒng)是中繼器或稱轉發(fā)器。 用于同種網絡的物理上，對 信號起到放大的作用。主要用于連接局域網中的不同的網段。 隨著集線器的等設 備的出現(xiàn)，中繼器的使用正在逐漸減少。2、數據鏈路層的互聯(lián)數據鏈路層互聯(lián)要解決的問題是在網絡之間存儲轉發(fā)數據幀?；ヂ?lián)的設備是網橋。3網絡層的互聯(lián)網絡層的互聯(lián)要解決的問題是在不同的網絡之間存儲轉發(fā)分組。主要的設備是路由器。如果網絡層的協(xié)議相同，則互聯(lián)主要解決路由選擇問題； 如果網絡層的協(xié)議不同，則需要使用多協(xié)議路由器。6、高層互聯(lián)傳輸層以上各層協(xié)議不同網絡之間的互聯(lián)屬于高層互聯(lián)。實現(xiàn)高層互聯(lián)的設6.2網絡互聯(lián)設備6.2.1 中繼器

7、又稱轉發(fā)器，主要的功能：擴展傳輸距離，從一條電纜上接收的信號進行再生， 并發(fā)送到另一條電纜上。所謂的再生是指信號沿總線傳播時會有衰減，若總線太長，則有的信號將會衰減得 很弱，以致使網絡傳輸無法正常工作。轉發(fā)器可以消除信號由于經過一長段傳輸 信道而造成的失真和衰減，從而使信號的波形和強度達到所要求的指標。所以中繼器完全是一種硬件設備，工作于物理層，對高層協(xié)議是透明的。實際上，用中繼器連接起來的網絡相當于通一條電纜組成的更大網絡，例如，在總線型局域網中，單個電纜傳輸信號的能力是有限的，為了擴展網絡的總跨度， 可以中繼器將兩個單段電纜連接起來稱為一個局域網。故中繼器只是網絡段的互 聯(lián)設備而不是網絡互

8、聯(lián)設備。6.2.2 網橋網橋比較簡單，適合于不太復雜的局域網之間互連，工作在數據鏈路層，負 責對幀的存儲轉發(fā)。由于數據鏈路層分為邏輯控制子層(LLC)和媒體訪問控制 子層(MAC),所以網橋實際上是在 MAC子層上實現(xiàn)不同網絡的互聯(lián)，這就要求 互聯(lián)的網絡從應用層到邏輯鏈路控制子層，相對應的層次采用相同的協(xié)議。但是 媒體訪問控制子層和物理層可以采用不同的協(xié)議。對于遵循IEEE802標準的局域網是網橋透明的。它不需要對連接在這些LAN上的站點的通信軟件進行修改。網橋協(xié)議結構網橋接收它所連接的每個局域網中的所有幀，并對它們進行“過濾和轉發(fā)”。即當網橋接收到一個 MAC幀時，檢查該幀的源地址和目的地址

9、，如果目的地址 和源地址在同一網絡中，則不對其進行轉發(fā)，這起到了相應的“過濾”作用。否 則網橋就把數據幀轉發(fā)給另一個網絡。網橋對數據幀的過濾作用很有用，例如當一個網絡由于負載很重，使得網絡 性能下降時，可以用網橋把這個網絡分為兩個小的局域網， 并且每個局域網內的通信量明顯高于網間通信量，使整個互聯(lián)網的性能變好。同時網橋的隔離作用也很有用，例如當網絡上某一部分出現(xiàn)故障時， 可以利用網橋把故障部分隔離，不會影響到另一部分，從而提高了網絡的可靠性。6.2.2.1 網橋的類型根據網橋路由算法的不同，把網橋分為透明網橋和源路由選擇網橋。（1）透明網橋透明橋也稱學習橋或自適應橋，這類網橋進行路由選擇時，主

10、要依據是網橋中的站表。站表中為每一個工作站都設置一個表目，表目信息有以下一個：1）站地址：2）端口號：將幀發(fā)往目的地址時，應從哪個端口發(fā)送出去3）局域網類型：標示媒體訪問控制子層的規(guī)程，以便了解是否需要協(xié)議轉換。4）表目登記時間：紀錄幀達到時間。當網橋接到數據幀后，如果要轉發(fā)幀，應向哪個端口或局域網轉發(fā)，就根據網橋中的站表來決定的。當網橋剛連接到局域網上時，站表是空的，網橋沒辦法根據站表進行轉發(fā)幀，這時采用的辦法是“洪泛法”，具體過程如下：網橋接收到數據幀以后，將該數據幀向除發(fā)送端口外的其他端口進行轉發(fā)，如果中間有其他的網橋，該網橋也按照同樣方法進行轉發(fā)，直到到達目的站點。網橋在對數據幀轉發(fā)的

11、同時，把幀的源地址、入橋端口號等信息記入站表，這樣網橋逐步的把站表建立起來。透明網橋進行路由選擇的過程如下：當一個數據幀到達某個網橋時，網橋就檢查站表中是否有該幀的目的地址。如果查到了目的地址，并且目的站點不在網橋入口端所在的局域網中，網橋就轉發(fā)該幀。如果查到了，但是目的地址在入口端所在的局域網中，則丟棄該幀。若沒有查到目的地址，就用洪泛法轉發(fā)該幀，同時將該幀的源地址、如喬端口號、局域網類型和到達時間等信息在站表中登記。透明橋適合于總線型(如：以太網、令牌總線)或者樹形的網絡互連結構。(2)源路由選擇網橋這時的路由選擇是有源工作站來負責。 每個工作站都由一張路由選擇表，表 中列出了本站能到的工

12、作站的信息，即由源工作站到目的站沿途經過的所有工作 站和網橋的地址。由源工作站發(fā)出的數據幀都經過這條路徑傳輸。源站點進行路由選擇，并建立路由選擇表的過程如下：源站點以廣播的方式向目的站發(fā)送一個路由選擇幀，沿所有可能的路徑傳送。在傳送的過程中，每一個路由選擇幀都記下所經過的路徑。當路由選擇幀到達目的站后，就沿著源路徑返回到源站點，并帶回路由信息。源站點從所有可能的路徑中選擇一條最佳路由，記入本站路由選擇表中，此后凡是從源站點向這個目的站點發(fā)送的數據幀， 其首部都攜帶源站所確定的路由信息，并沿著這條最佳的路由進行傳輸6.2.2.2 網橋的功能1、 幀的接收和發(fā)送：從所連接的局域網端口接收幀，從幀中

13、獲得目標地址，分析目的站是否屬于網橋所連接的局域網， 來決定對該幀是轉發(fā) 還是丟棄。2、 緩存管理：網橋中通常設置兩類緩存區(qū)，一類是接收緩存區(qū)，用于暫存從端口收到的、帶處理的幀；另一個是發(fā)送緩存區(qū)，用于暫存經協(xié) 議轉換等處理后代發(fā)送的幀。3、 協(xié)議轉換：將源局域網中所采用的幀格式和物理層規(guī)程緩緩為目的局域網所采用的幀各式和物理層規(guī)程。4、 差錯控制：首先進行差錯檢測，然后對經協(xié)議轉換后的MAC幀生成新的CRC碼，并填入新的MAC幀的CRC子段。5、 路由選擇：在源路由選擇網橋中沒有這一功能，但在透明網橋中有 這一功能。6.2.3 路由器當互聯(lián)的局域網數目不多時，采用網橋是非常有效的，但是當互聯(lián)

14、的局域網 數目很多或要將局域網和廣域網互連時， 則采用路由器為好。因為路由器的互連 功能更強。路由器在網絡層一級工作，立連兩個或多個獨立的相同類型或不同類型的網 絡：局域網與廣域網的互連，局域網與局域網的互連。一、路由器的功能路由器是在網絡層對分組信息進行存儲轉發(fā)，實現(xiàn)多個網絡互聯(lián)。因此，路由器應具有以下功能：1、路由選擇路由器的主要功能就是進行路由選擇。當一個網絡中的主機要給另一個網 絡中的主機發(fā)送分組時，它首先把分組送給同一網絡中用于網間連接的路由器， 路由器根據目的地址信息，選擇合適的路由，把該分組傳遞到目的網絡用于網間 連接的路由器中，然后通過目的網絡中內部使用的路由協(xié)議， 該分組最后

15、被遞交 給目的主機。路由器和網橋的概念類似，都是接收協(xié)議數據單元 PDU,檢查頭部字段， 并依據頭部信息和內容的一張表來進行轉發(fā)。但實際上，網橋只檢查數據鏈路幀的幀頭，并不查看和修改幀攜帶的網絡層分組頭部； 而路由器則檢查網絡層分組 頭部，并根據其中的地址信息作出決定，當它把分組下傳到數據鏈路層時，它不 知道也不關心它是通過以太網還是令牌環(huán)網進行傳送。2、協(xié)議轉換能對網絡層及其以下各層的協(xié)議進行轉換。3、能支持多種協(xié)議的路由選擇近年來推出一種多協(xié)議路由器，能支持多種協(xié)議，如支持 IP、IPX、 X.25及DECnet協(xié)議等，因此，利用路由器不僅能連接同構型 LAN ,而且還能 用來連接LAN和

16、WAN 。例如，利用一個多協(xié)議路由器來連接以太網、令牌環(huán) 網、FDDI網、X.25網及DECnet等，從而使大、中型網絡的組建更為方便，也 可以獲得較高的性能價格比。但也注意，由于目前尚無多協(xié)議路由器標準，以致出自不同廠家的多協(xié)議路 由器不能協(xié)調工作，因此在選購時應認準一家的，不能多頭購買。6、流量控制在網橋中雖然設有一定的緩沖區(qū)，以緩和發(fā)送方和接收方蘇率不匹配的矛盾，但不具有流量控制功能，而在路由器中，不僅具有更多的緩沖，而且還能控 制收發(fā)雙方間的數據流量，使得兩者更加匹配。5、分段和重新組裝功能在通過路由器所互聯(lián)的多個網絡中，他們所采用的數據單元大小可能不同， 如源站點所用的數據單元較大，

17、而目的站點所用的數據單元較小，使目的站點無 法接收，這時，路由器可將由源站點發(fā)出的數據分組分成若干段后，分別封裝為小的分組再發(fā)往目的站，反之亦然。6、網絡管理因為路由器是連接多種網絡的匯集點，網絡之間的信息流都要通過路由器， 因此，利用路由器來監(jiān)視網絡中的信息的流動、 監(jiān)視網絡中的設備的工作，以及 對他們進行管理是比較方便的。目前，在高檔的路由器中都配置了相當強的網絡管理功能，以便提高網絡 的運行效率，可靠性及可維護性。二、路由器的標準目前，根據路由器內所采用路由選擇算法的不同， 已經確定了三種比較重要 的路由器標準：1、路由信息協(xié)議RIP這是最早推出的、用于互TCP/IP網絡的路由器標準，現(xiàn)

18、在已經被廣泛使用 并成為事實上的工業(yè)標準。但該標準對網絡中使用的路由器，在數量上作了限制，同時還對從源站點到 目的站所發(fā)送的分組的數據作了限制，這就妨礙了他在大型企業(yè)中的應用。2、開放式最短路由協(xié)議 OSPF該標準針對RIP的缺點作了較大的改進，克服了上述的限制，即它即不限制 在互聯(lián)網中作用的路由器的數據，也不限制從源站點到目的站所發(fā)送的分組的數 據作，因此，可以用于大型企業(yè)。盡管完善，但OSPF還不能完全取代RIP。3、中間-中間系統(tǒng)這是由ISO提出的，像許多其它OSI標準一樣，是一個比較完善的標準， 但目前沒有被廣泛應用。路由器作為互聯(lián)網絡的重要設備，他在計算機網絡中占有重要的位置， 他不

19、 斷朝著速度更快、服務質量更好和更易于綜合化管理3個方向發(fā)展。6.2.6 網關網關用于互聯(lián)異構型網絡。所謂的一構型網絡，是指在網絡中，至少是從網絡層到物理 層協(xié)議都不相同的網絡，甚至是從應用層到物理層所有的對應的各層協(xié)議均不相同的網絡。網關的用途:1、異構型LAN互聯(lián)2、LAN 和WAN 互聯(lián)3、WAN和WAN 互聯(lián)6 LAN和主機相連：當主機的操作系統(tǒng)于網絡的操作系統(tǒng)不兼容時，仍需要通過網關連 接。網關互聯(lián)的層次：1、在網絡層的互聯(lián)在WAN和WAN之間互連時，廣泛采用的方法是在網絡層實現(xiàn)互聯(lián)，此時的網關被稱為網絡層網關，它必須處理每一個互聯(lián)網絡中網絡層、數據鏈路層和物理層協(xié)議的轉換。2、在運

20、輸層實現(xiàn)互聯(lián)在運輸層實現(xiàn)互聯(lián)的網間連接器被稱為運輸層網關。目前已有不少的運輸層網關， 并且還在繼續(xù)推出新產品。 當兩個網絡采用協(xié)議不同的通信子網， 且他們的運輸層也不兼容時， 采 用運輸層網關實現(xiàn)網絡互連比較合適。3、在應用層實現(xiàn)互聯(lián)到目前為止，還尚未開發(fā)出工作在會話層和表示層的網關，但已出現(xiàn)許多應 用層網關，這種網關在本質上是一種所謂的“兩面神主機”。他執(zhí)行兩套完整的 協(xié)議，一個典型的例子就是連接多個終端的終端控制器。6.3網內聯(lián)結器6.3.1 集線器集線器開始用來連接各種網絡設備，現(xiàn)在他已經成為最廣泛采用的LAN的構成方式，隨著集線器的發(fā)展，其功能越來越多，不僅可以用來連接設備，而 且還可

21、以用它來互聯(lián)LAN,甚至可以互聯(lián)不同類型的網絡，致使它可能成為互聯(lián) 網絡的核心，具有網絡管理的功能。目前，市場上的集線器按功能的強弱分為 3檔。1、低檔集線器特點：是非智能型的，性質類似于多端口中繼器，除完成集線功能外，還具 有信號再生能力。作用：將分散的用于連接網絡設備的線路集中在一起，以便管理和維護。在 集線器上有固定數目的端口，每個設備可以通過雙絞線連接到一個端口上， 而HUB本身又可以連接到粗同軸電纜或細同軸電纜上。2、中檔集線器具有一定的智能，在低檔集線器的基礎上增加了一些新功能：1) 配置了網橋軟件，使得它能夠連接多個同構LAN,此時，集線器由多個插槽，以便在連接這些網絡時，根據網

22、絡類型的不同，將相應 的網卡插入槽中，連接給定的網絡。2) 配置一定的管理功能，對本地站點和遠站點的管理。中檔HUB已經 不再是物理層的產品，已經向數據鏈路層和智能化方向發(fā)展。3、高檔集線器HUB應具有以下又稱高檔智能集線器，是為了組建企業(yè)網而設計的，高檔功能：1) 支持多種協(xié)議、多媒體，具有不同類型的端口，以便互聯(lián)相同或不同類型的網絡，具有內置網橋或路由功能。2) 網絡管理功能3) 交換功能，“智能交換集線器“是 HUB的最新發(fā)展，它是集線器于交換其功能的組合，既具有普通集線器集成不同類型功能模塊的作用，又具有交換功能新一代的智能集線器就是將多協(xié)議多媒體切換功能、網橋和路由功能、管理功能、交換功能等組合成一體。6.2.2交換機采用集線器作為中心的連接方式，實際上是