第5章網(wǎng)絡(luò)互連

1、第第5章網(wǎng)絡(luò)互連章網(wǎng)絡(luò)互連5.1網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指利用相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備將多個網(wǎng)絡(luò)或設(shè)是指利用相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備將多個網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備連接起來，以達(dá)到更大范圍的數(shù)據(jù)傳輸和資源共備連接起來，以達(dá)到更大范圍的數(shù)據(jù)傳輸和資源共享目的。享目的。網(wǎng)絡(luò)互連的類型網(wǎng)絡(luò)互連的類型 LAN與LAN互連 LAN與WAN互連 WAN與WAN互連 LAN通過WAN與其他LAN互連網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)v 同軸電纜同軸電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)v 光纖光纖包層包層纖芯纖芯入射角入射角折射角折射角折射角大于入射角折射角大于入射角光波在纖芯中傳播光波在纖芯中傳播網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)v 無線傳輸無線傳輸網(wǎng)絡(luò)互連的層次網(wǎng)絡(luò)

2、互連的層次l 物理層主要設(shè)備有：中繼器和集線器。 物理層互連設(shè)備的主要功能：對不同電纜段之間的信號進(jìn)行復(fù)制、整形、再生和轉(zhuǎn)發(fā)位信號。 使用物理層互連設(shè)備連接的網(wǎng)絡(luò)在物理上成為一個網(wǎng)絡(luò)。 適用范圍：局域網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展。l 數(shù)據(jù)鏈路層主要設(shè)備有：網(wǎng)橋和傳統(tǒng)交換機(jī)。 功能：數(shù)據(jù)存儲、接收、根據(jù)物理地址進(jìn)行過濾和有目的地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。l 網(wǎng)絡(luò)層主要設(shè)備有：路由器。 功能：路徑選擇、擁塞控制和控制廣播信息 主要用于：不同網(wǎng)絡(luò)之間的互連。如，當(dāng)一個局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)與遠(yuǎn)程局域網(wǎng)連接時，就應(yīng)當(dāng)使用這層設(shè)備。l 高層互連 主要設(shè)備：網(wǎng)關(guān)。 當(dāng)互連的網(wǎng)絡(luò)的傳輸層及以上層協(xié)議不同時就需要網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。 目前使用最

3、多的是：應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。5.2 局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)5.2.1 中繼器中繼器數(shù)據(jù)信號在傳輸時，由于衰減和噪音使有效數(shù)據(jù)信號變得越數(shù)據(jù)信號在傳輸時，由于衰減和噪音使有效數(shù)據(jù)信號變得越來越弱，而且傳輸過程也增加了波形失真，因此信號只能在來越弱，而且傳輸過程也增加了波形失真，因此信號只能在有限的距離內(nèi)傳輸有限的距離內(nèi)傳輸用于連接兩個網(wǎng)絡(luò)的電纜段。它可以放大、整形、再生電纜上的數(shù)字信號，并按原來的方向重新發(fā)送該再生信號。v 中繼器按照中繼器按照5-4-3原則原則連接連接LAN。5-4-3原則是將原則是將5個個網(wǎng)段用網(wǎng)段用4個中繼器連接，其中最多有個中繼器連接，其中最多有3個網(wǎng)段有用戶設(shè)備個

4、網(wǎng)段有用戶設(shè)備。 中繼器1中繼器4中繼器3中繼器2網(wǎng)段1網(wǎng)段2網(wǎng)段3網(wǎng)段4網(wǎng)段5中繼器的優(yōu)點(diǎn)中繼器的優(yōu)點(diǎn)（）過濾通信量中繼器接收一個子網(wǎng)的報文，只有當(dāng)報文是發(fā)送（）過濾通信量中繼器接收一個子網(wǎng)的報文，只有當(dāng)報文是發(fā)送給中繼器所連的另一個子網(wǎng)時，中繼器才轉(zhuǎn)發(fā)，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。給中繼器所連的另一個子網(wǎng)時，中繼器才轉(zhuǎn)發(fā)，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。 （）擴(kuò)大了通信距離。（）擴(kuò)大了通信距離。 （）增加了節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目。（）增加了節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目。 （）各個網(wǎng)段可使用不同的通信速率。（）各個網(wǎng)段可使用不同的通信速率。 （）提高了可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，一般只影響個別網(wǎng)段。（）提高了可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，一般只影響個別網(wǎng)

5、段。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （）由于中繼器對接收的幀要先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)，增加了延時。（）由于中繼器對接收的幀要先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)，增加了延時。 （）總線的子層并沒有流量控制功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的（）總線的子層并沒有流量控制功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷很重時，可能因中繼器中緩沖區(qū)的存儲空間不夠而發(fā)生溢出負(fù)荷很重時，可能因中繼器中緩沖區(qū)的存儲空間不夠而發(fā)生溢出，以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象。，以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象。 （）中繼器若出現(xiàn)故障，對相鄰兩個子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響。（）中繼器若出現(xiàn)故障，對相鄰兩個子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響。5.2.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋橋接的工作機(jī)制是將物理網(wǎng)絡(luò)段（也就是常說的沖突域）進(jìn)行分隔，根據(jù)MAC地址來判斷連接兩個物理

6、網(wǎng)段的計算機(jī)的數(shù)據(jù)包發(fā)送。網(wǎng)橋是一種控制沖突域流量的設(shè)備。除了隔離沖突域以外，網(wǎng)橋還可以實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)的連接（令牌環(huán)網(wǎng)和以太網(wǎng)之間的連接）和網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展（IEEE的5.4.3連接規(guī)則）等功能。 1. 網(wǎng)橋的基本工作原理網(wǎng)橋的基本工作原理網(wǎng)段網(wǎng)段A網(wǎng)段網(wǎng)段B網(wǎng)橋網(wǎng)橋MAC1MAC2MAC3MAC4 MAC5 MAC6122MAC62MAC52MAC41MAC31MAC21MAC1端口站地址 端口管端口管理軟件理軟件 網(wǎng)橋協(xié)網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體議實(shí)體緩存緩存端口端口2端口端口112站表（A） （B） （C）（X） （Y） （Z）圖圖3-1 網(wǎng)橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。

7、完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉(zhuǎn)發(fā)，在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個端口。2. 網(wǎng)橋的類型網(wǎng)橋的類型（1）按網(wǎng)橋硬件所處的位置分類l 內(nèi)部網(wǎng)橋：在服務(wù)器的內(nèi)部安裝，使用兩塊網(wǎng)卡加上相應(yīng)的軟件就可以組成內(nèi)部網(wǎng)橋。l 外部網(wǎng)橋：一般是專用的硬件設(shè)備。（2）按網(wǎng)橋分布的地理范圍分類l 近程網(wǎng)橋：連接兩個相鄰的局域網(wǎng)段。l 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋：連接兩個遠(yuǎn)程網(wǎng)段。此時，要使用兩個遠(yuǎn)程網(wǎng)橋，遠(yuǎn)程網(wǎng)橋要成對使用。在端口在端口x x收到幀收到幀站表中有目的站站表中有目的站方向為端口方向為端口x按站表中方向轉(zhuǎn)發(fā)幀按站表中方向轉(zhuǎn)發(fā)幀源站在站表中源站在站表

8、中更新站表和定時器更新站表和定時器將源站地址加入站表將源站地址加入站表并置新的定時器并置新的定時器向除向除x x以外的所有以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀丟棄此幀丟棄此幀N NY YY YY YN NN N透明網(wǎng)橋容易安裝，無須人工輸入路由信息，但不能最佳地利用帶寬。(1) 透明網(wǎng)橋（透明網(wǎng)橋（生成樹網(wǎng)橋）這種網(wǎng)橋插入電纜后就可自動完成路由選擇的功能，無需由用戶裝入路由表或設(shè)置參數(shù)，網(wǎng)橋的功能是自己學(xué)習(xí)獲得的。（2）源路由網(wǎng)橋）源路由網(wǎng)橋由幀的發(fā)送者顯式地指明路由信息。由幀的發(fā)送者顯式地指明路由信息。源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方

9、式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。 3. 網(wǎng)橋的特性網(wǎng)橋的特性優(yōu)點(diǎn)l 網(wǎng)橋通過對不需要傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾來實(shí)現(xiàn)基于物理地址的網(wǎng)絡(luò)間的通信分段。l 網(wǎng)橋可以互聯(lián)兩個或多個網(wǎng)絡(luò)。也就是說，網(wǎng)橋可以連接使用不同傳輸介質(zhì)、不同介質(zhì)訪問控制方式、但高層協(xié)議相同或兼容的有條件同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。l 通過網(wǎng)橋的過濾性能，隔離了不需要傳播的信息。缺點(diǎn)l 要求網(wǎng)絡(luò)層以上的協(xié)議相同或兼容。l 網(wǎng)橋會處理接收到的數(shù)據(jù)信息，

10、在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進(jìn)行緩沖，與中繼器相比會引入更多時延。l 網(wǎng)橋傳遞所有的廣播信息，因此難以避免廣播風(fēng)暴。l 網(wǎng)橋沒有路徑選擇能力，在存在多路徑時，網(wǎng)橋只使用某一固定的路徑。網(wǎng)橋可以將一個沖突域分割為兩個。其中，每個沖突域共享自己的總線信道帶寬。但是，如果主機(jī)C發(fā)送了一個目標(biāo)是所有主機(jī)的廣播類型數(shù)據(jù)包時，網(wǎng)橋要轉(zhuǎn)發(fā)這樣的數(shù)據(jù)包。網(wǎng)橋兩側(cè)的兩個網(wǎng)段總線上的所有主機(jī)都要接收該廣播數(shù)據(jù)包。因此，網(wǎng)段1和網(wǎng)段2仍屬于同一個廣播域。5.3 局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)5.3.1 路由器路由器路由器識別不同網(wǎng)絡(luò)的方法是通過識別不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號進(jìn)行的，所以為了保證路由成功，每個網(wǎng)絡(luò)都必須有一

11、個唯一的網(wǎng)絡(luò)編號。v 路由器的基本工作原理路由器的基本工作原理路由器改進(jìn)了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝”到含有路由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當(dāng)路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址，然后根據(jù)路由表中的信息，利用復(fù)雜的路由算法，為數(shù)據(jù)包選擇合適的路由并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)前的路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認(rèn)識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。（1）路由選擇）路由選擇路由器基于IP地址判斷路徑，會根據(jù)IP地址信息來判斷到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來實(shí)現(xiàn)。路由選擇算法來實(shí)現(xiàn)。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯

12、”上的網(wǎng)絡(luò)地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。 （2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個站點(diǎn)（路由器或主機(jī)），如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項將分組發(fā)送到下一個站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是相互配合又相互獨(dú)立，前路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是相互配合又相互獨(dú)

13、立，前者使用后者維護(hù)的路由表，同時后者要利用前者提供的功能者使用后者維護(hù)的路由表，同時后者要利用前者提供的功能來發(fā)布路由協(xié)議數(shù)據(jù)分組。來發(fā)布路由協(xié)議數(shù)據(jù)分組。當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺主機(jī)時，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對方就能收到。而要送給不同IP子網(wǎng)上的主機(jī)時，它要選擇一個能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果沒有找到這樣的路由器，主機(jī)就把IP分組送給一個稱為“缺省網(wǎng)關(guān)（default gateway）”的路由器上。“缺省網(wǎng)關(guān)”是每臺主機(jī)上的一個配置參數(shù)，它是接在同一個網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器端口的IP地址。 2.

14、 路由器的主要特點(diǎn)路由器的主要特點(diǎn)（1）路由器是一種連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)段或VLAN之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。（2）工作在網(wǎng)絡(luò)層（3）對大型網(wǎng)絡(luò)微段化3. 多協(xié)議路由器多協(xié)議路由器局域網(wǎng)1局域網(wǎng)1多協(xié)議路由器多協(xié)議路由器TCP/IP結(jié)點(diǎn)TCP/IP結(jié)點(diǎn)NetWare結(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)2局域網(wǎng)2TCP/IP結(jié)點(diǎn)TCP/IP結(jié)點(diǎn)NetWare結(jié)點(diǎn)v 路由器實(shí)現(xiàn)路由器實(shí)現(xiàn)LAN-WAN-LAN互聯(lián)示例互聯(lián)示例 天津地區(qū)R1R2R3北京大學(xué)校園網(wǎng)校園網(wǎng)1校園網(wǎng)2河北地區(qū)華北地區(qū)主干網(wǎng)WANWAN512KbpsDDN清華大

15、學(xué)校園網(wǎng)北京郵電大學(xué)校園網(wǎng)256KbpsDDNWANWANWANWAN2Mbps微波WAN64KbpsDDNWANLAN100MbpsLANR4R5R6R7LANR8LANR9LAN155MbpsLAN128KbpsFRWAN河北院校校園網(wǎng)5.3.2 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。 在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對收到的信息要重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。同時，網(wǎng)關(guān)也可以提供過濾和安全功能。 1.網(wǎng)關(guān)的基本工作原理網(wǎng)關(guān)的基本工作原理在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)關(guān)的基本作用是根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號，選擇最佳的出口對IP