系統(tǒng)分析師考試資料整理-網絡的互連

第8章網絡的互連〖主要內容〗網絡互連的類型和層次、廣域網的技術PSTN、X.25、DDN、ISDN、FR〖教學重點〗廣域網技術的比較、網絡互連的設備計算機網絡的出現(xiàn)至今也不過是三十幾年的時間，但其發(fā)展卻非常迅速，尤其是Internet的發(fā)展導致網絡技術日新月異。計算機網絡從最初的“盤體共享”、“桌上計算”發(fā)展到今天的“網絡計算”階段，出現(xiàn)了各種各樣的網絡并存又彼此有聯(lián)系的局面，網絡間的互連顯得非常重要。各種新興的計算機業(yè)務如多媒體業(yè)務、分布式計算等的出現(xiàn)和拓展，“信息時代”信息交流的普遍性和及時性，使得人們越來越關注計算機網絡的互連互通。互連網絡的基本概念計算機網絡在網絡連接上存在兩種層次：一是網絡間物理線路的連接；另一種是網絡間物理與邏輯上的連接；兩者都能實現(xiàn)網絡協(xié)議間的通信，一般所說的網絡連接指的是后者，即通過相應的技術手段將分布在不同地理位置的網絡或網絡與遠程工作站之間進行物理和邏輯上的連接，以組成更大規(guī)模的計算機網絡系統(tǒng)，實現(xiàn)更大范圍的資源的高度共享和文件傳輸?；ミB網絡是指將分布在不同地理位置的網絡、設備連接起來，以構成更大規(guī)模的網絡，最大程度地實現(xiàn)網絡資源的共享。網絡連接是指網絡在應用級的互連，是對連接于不同網絡的各種系統(tǒng)之間的互連，主要強調協(xié)議的接續(xù)能力，以便完成端到端系統(tǒng)間數據傳遞。網絡互連是指不同的子網間借助于相應的網絡設備（網橋、路由器等）來實現(xiàn)各子網間的互相連接。其目的是解決子網間的數據交互網絡互通是指網絡不依賴于其具體連接形式的一種能力，不僅指兩個端系統(tǒng)間的數據傳輸和轉移，還表現(xiàn)出各自業(yè)務間相互作用的關系。網絡連接和網絡互連是解決數據的傳送，網絡互通是各系統(tǒng)在連通的條件下，為支持應用間的相互作用而創(chuàng)建的協(xié)議環(huán)境。網絡互連的類型LAN-LAN互連屬于較近距離的LAN互連，如校園網（各建筑物間）、各樓層間LAN的互連同構網的互連：指相同協(xié)議的局域網的互連。常用的設備有中繼器、集線器、交換機、網橋等異構網的互連：指兩種不同協(xié)議的局域網的互連。常用的設備有網橋、路由器等LAN-WAN互連屬于小區(qū)域范圍內LAN與WAN互連，主要解決一個小區(qū)域范圍內相鄰的幾個樓層或樓群之間以及在一個組織機構內部的網絡互連，擴大了數據通信的連通范圍，可使不同單位或機構的LAN連入范圍更大的網絡體系中。常用的互連設備有網關和路由器（最為常用的）WAN-WAN互連屬于不同地區(qū)網絡的互連，主要使用路由器來實現(xiàn)。網關路由器網關路由器網橋中繼器網絡A應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層網絡B應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層網絡互連實質上就是協(xié)議之間的轉換，這種轉換必須有一定的理論依據，有一定的標準可循。為了使異種機、異種網之間能夠共享資源和相互通信，國際標準化組織制定并頒布了OSI/RM。任何計算機系統(tǒng)都可以按照該模型描述或者與該模型相對應。OSI/RM在不同的層上有不同的協(xié)議，網絡互連過程中在進行協(xié)議的轉換時要遵守這樣一種原則，即要在異種網中具有相同協(xié)議的對應層之間進行協(xié)議轉換，并且該對應層之上不再存在協(xié)議不同的對應層，這樣才能實現(xiàn)網絡間的互連。如果兩個網絡的應用層協(xié)議不同，則應在應用層之上增加一個虛擬層進行協(xié)議的轉換。網絡互連從通信協(xié)議的角度來看可分成4個層次，如圖所示。網絡互連設備中繼器（Repeater）中繼器是工作于OSI/RM物理層的網絡連接設備，要求每個網絡在數據鏈路層以上具有相同的協(xié)議。計算機網絡的覆蓋范圍會因為所使用的傳輸介質的限制，信號傳輸到一定距離就會因衰減而變得很弱以致于接收設備無法識別出該信號，為了擴大信號的傳輸距離，在網段間可以使用中繼器設備，它接收網上的所有信號（包括CSMA/CD碰撞信號）并將其放大、再生，然后發(fā)送出去，從而擴展網絡跨距。中繼器雖然延伸了網絡，但從網絡層看仍然是一個網絡，因此常被看成是網段的連接設備而不是網絡互連設備。使用中繼器時要遵守5－4－3規(guī)則，中繼器不僅起到擴展計算機網絡的作用，還能將不同傳輸介質的網絡連接在一起，如同軸電纜和光纖。優(yōu)點：價格低廉、使用簡單、效率高。缺點：不能均衡及阻止“廣播風暴”（由于中繼器與連接的網段屬于同一廣播網）、無法進行包過慮廣播風暴：是指過多的廣播數據包占用了網絡帶寬的所有容量，使網絡的性能變得非常差。網橋（Bridge）網橋又被稱為橋接器，它工作在OSI參考模型的數據鏈路層，要求每個網絡在網絡層以上各層中采用相同或兼容協(xié)議。網橋一般用于互連兩個運行同類型NOS的LAN，而網絡的拓撲結構、通信介質和通信協(xié)議可以不同。網橋的特點：網橋以接收、存儲、地址過濾與轉發(fā)（基于MAC地址和網橋內部的站表判斷是否轉發(fā)，即具有信息過慮功能）的方式實現(xiàn)兩個互連網絡之間的通信，并實現(xiàn)大范圍局域網的互連網橋可以分隔兩個網絡之間的通信量（由于信息過慮功能使得網段內的通信量不會傳輸到另一個網段），有利于改善互連網絡的性能。若是同網絡內的信息傳遞，則網橋不進行復制和轉發(fā)，否則轉發(fā)。網橋若僅有橋接功能，不附加路由功能，則在同一點只能連接兩個局域網。當兩個LAN之間采用兩個或兩個以上的網橋互連時，由于網橋轉發(fā)廣播數據包，易產生廣播風暴優(yōu)點：具有信息過慮功能、效率高、配置簡單缺點：不能均衡及阻止“廣播風暴”網橋的分類簡易網橋、透明網橋、源路由網橋簡易網橋分為簡易內橋（普通PC機插入多塊網卡分別連接多個局域網，同時運行相應的網橋軟件所構成的網橋）和簡易外橋（網絡中工作站插入多塊網卡構成的網橋），網橋軟件通常由NOS廠家提供，如NetWareNOS。透明網橋又稱為生成樹網橋，遵守IEEE802.1網橋標準，路徑的選擇完全由網橋自己來決定，對各站點來說是透明的。該網橋通過Baran逆向學習法建立網橋內部表，形成站點MAC地址與相應網橋端口的對應表，并據此得出信息發(fā)送路徑。在網橋剛剛接入網絡內時，站點表還沒有形成，網橋采用“洪泛法”以廣播方式向其他端口轉發(fā)信息，并且每個網橋運行一個簡單的支撐樹算法即IEEE802.1D，使任何兩個站點只有一條通路，從而避免了信息在網橋間反復（用于以太網中）。該類網橋不能充分利用全部網絡資源，所選擇的路徑不一定是最佳的，時延較大。源路由網橋，即源路由選擇網橋，遵從IEEE802.5網橋標準，網絡中每個源路由網橋都有唯一的ID標識。路徑選擇由發(fā)送信息的源站點負責，源站點通過廣播“發(fā)現(xiàn)幀”的方式記錄到達目的站點所經過的路徑，并從中獲得到達目的站的最佳路徑。網橋接收到幀之后只掃描幀的頭部，以獲取發(fā)送的路徑（用于令牌環(huán)網中）。該類網橋需要進行手工操作，因此使用復雜。轉換式網橋是透明網橋的一種特殊形式，用于不同介質類型格式和傳輸機制的網絡間進行轉換，它在物理層和數據鏈路層使用不同協(xié)議的LAN提供網絡連接服務。封裝網橋通常用于連接FDDI骨干網。如用封裝網橋將4個Ethernet連到FDDI骨干網上，則LAN1中發(fā)送節(jié)點將其發(fā)送數據和有關地址發(fā)送到與FDDI連接的封裝網橋上進行FDDI骨干網使用的信封裝入，再進行網絡傳輸，當網絡上的其他封裝網橋收到該信時，拆除信封進行地址比對，若不是則丟棄，否則送到預定的工作站。源路由透明網橋是綜合了源路由網橋和透明網橋的混合式網橋，可實現(xiàn)混合網絡環(huán)境中的通信。本地網橋和遠程網橋本地網橋（用于直接連接本地很近的LAN）和遠程網橋（用于通過PSTN連接兩個遠距離的網絡）級聯(lián)網橋和多端口網橋級聯(lián)網橋（由于網橋只有兩個連接端口，因此只能連接兩個網絡段，可采用級聯(lián)方式連接形成更大的網絡）和多端口網橋（由于網橋具有多端口可由于多個網段的互連）路由器(Router)路由器工作原理與特征路由器工作在OSI/RM的網絡層，實現(xiàn)網絡層以及以下各層的協(xié)議轉換，通常用來互連局域網和廣域網或者實現(xiàn)在同一點兩個以上的局域網的互連。最基本的功能是轉發(fā)數據包。在通過路由器實現(xiàn)的互連網絡中，路由器根據網絡層地址（如IP地址）進行信息的轉發(fā)，主要的功能有兩個：路由選擇和數據轉發(fā)。對數據包進行檢測，判斷其中所含的目的地址，若數據包不是發(fā)向本地網絡的某個節(jié)點，路由器就要轉發(fā)該數據包，并決定轉發(fā)到哪一個目的地以及從哪個網絡接口轉發(fā)出去。路由器的特點：路由器是在網絡層上實現(xiàn)多個網絡之間互連的設備路由器為兩個或3個以上網絡之間的數據傳輸解決的最佳路徑選擇路由器與網橋的主要區(qū)別是：網橋獨立于高層協(xié)議，它把幾個物理子網連接起來，向用戶提供一個大的邏輯網絡；路由器是從路徑選擇角度為邏輯子網的節(jié)點之間的數據傳輸提供最佳的路線。路由器要求節(jié)點在網絡層以上的各層中使用相同或兼容的協(xié)議路由器的功能連接功能：提供不同網絡（如通信、類型、速率或接口）的連接，而且在不同網段之間定義了網絡的邏輯邊界，從而將網絡分成各自獨立的廣播網域。網絡地址判斷、最佳路由選擇和數據處理功能：通過對每一種網絡層協(xié)議建立的路由表來判斷目的地址、最佳路由以及數據過濾和特定數據的轉發(fā)設備管理：可通過軟件協(xié)議本身的流量控制參量來控制其轉發(fā)的數據的流量，以解決擁塞問題；還提供對網絡配置管理、容錯管理和性能管理的支持。路由器的相關概念靜態(tài)路由和動態(tài)路由靜態(tài)路由選擇是通過網絡管理員設置路由表來完成某條網絡鏈路是否關閉。動態(tài)路由器通過監(jiān)控網絡變化決定是否自動更新路由表重新配置網絡路徑。路由表路由表是指記錄相鄰路由器的地址和狀態(tài)信息的數據庫。靜態(tài)路由表由網絡管理員手工建立，一旦形成，到達某一目的網絡的路由便固定下來。它不能自動適應互聯(lián)網結構的變化，添加或刪除網絡或路由器需要手工操作，若一旦路由出現(xiàn)故障，即使存在其它路由，IP數據報也不能傳送到目的地。（這是網絡中最常用的）動態(tài)路由表是網絡中的路由器相互自動發(fā)送路由信息而動態(tài)建立的。路由器使用路由表并根據傳輸距離和通信費用等要素通過優(yōu)化算法來決定一個特定的數據包的最佳傳輸路徑。路由表通常包含許多（N,R）對序偶，其中N指的是目的網絡的IP地址，R是到網絡N路徑上的“下一個”路由器的IP地址，因此，在路由器R中的路由表僅僅指定了從R到目的網絡路徑上的一步，而路由器并不知道目的地的完整路徑。為了減少路由設備中路由表的長度，提高路由算法的效率，路由表中的N常常使用目的網絡地址，而不是目的主機地址。Net1.0Net1.0Q.5.5Net2.0R.6Net3SNet4要到達的網絡下一個路由器.0直接投遞要到達的網絡下一個路由器.0直接投遞直接投遞.0.5IP數據報的傳輸Net1.0Net1.0Q.5.5Net2.0R.6Net3SNet4.1A.8.8.2CBBTT（1）主機A形成原始數據并按照IP協(xié)議在IP層封裝成IP數據報（2）根據源主機A與目的主機B是否同一網絡，若是則直接將報文投遞出去；若不是則要經過路由器再投遞，由圖可見，是投遞到路由器Q（3）路由器Q接收該數據報，并判斷是否與自己同屬一個網絡，若是則直接投遞，否則經過下一個路由器進行再次投遞。由圖中可見，路由器Q與路由器T和路由器R相連，路由器Q的路由表中下一跳步就有兩種情況：一是路由器T，一是路由器R。這要視路由器Q的設置而定，如果采用RIP路由協(xié)議（選擇跳數最少的路由），則會選擇路由器T。假設路由器Q的下一跳步為路由器T，則路由器Q將把IP數據報投遞給路由器T。（4）路由器T接收該報文，判斷目的主機與自己在同一網絡中，則直接投遞給主機B。路由協(xié)議路由協(xié)議主要是基于路由器的IP路由協(xié)議，即路由器之間進行通信的一種規(guī)則，目的是使網絡中的各個能夠“看到”完整的網絡拓撲結構，從而找到到達目的地的最佳路徑。路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP是基于距離向量的分布式路由選擇協(xié)議，是使用最廣泛的內部網關協(xié)議之一，1988年首次頒布RIPv1版本（RFC1058），1994年11月公布了增強版本RIPv2（RFC1732）。RIP根據源節(jié)點與目的節(jié)點之間的路由器或路程段的數目（即跳數hopcount，定義每經過一個路由器則跳數加1）來決定發(fā)送數據包的最佳途徑（跳數越少越好，不考慮帶寬、可靠性）。RIP協(xié)議規(guī)定一條路由最多只能有15跳，即15個路由器，若多于此值則認為是不可到達的。RIP協(xié)議的IP路由器每隔30s向相鄰的路由器廣播自己的整個路由表，默認超時為180s，若在180s內沒有相鄰路由器的更新路由表則認為不可到達。RIP信息是封裝在UDP數據報中傳送的。每個路由器(初始化時要設置：使用RIP協(xié)議、綁定前一網絡地址、綁定后一網絡地址、聲明RIP版本號)根據其相鄰路由器發(fā)送來的路由信息及距離最短的原則逐步建立并不斷更新自己的路由表。優(yōu)點：協(xié)議簡單、易于實現(xiàn)缺點：跳數決定了只適用于小型互連網環(huán)境；路由表的整個傳送占用了網絡帶寬和處理時間；路由選擇過于簡單（不能根據網絡帶寬、時延、傳輸速度、可靠性而定）；沒有負載平衡；只有增強版信息中包含子網掩碼才支持子網。開放最短路徑優(yōu)先OSPF開放最短路徑優(yōu)先OSPF是基于鏈路狀態(tài)（是指與該路由器相鄰的網絡和路由器信息以及將信息發(fā)送到這些網絡和路由器所需的費用，如帶寬、距離、時延或真正的費用）的分布式路由選擇協(xié)議，是目前應用最普及的內部網關協(xié)議。1997年7月公布了最新版本OSPFv2（RFC2178）。OSPF把兩個路由器之間的鏈路狀態(tài)信息廣播給網絡中所有的路由器，每個路由器再把所有下信息收集起來，形成整個網絡的拓撲結構，采用Dijkstra最短通路算法產生各自的路由表。OSPF規(guī)定，每兩個相鄰路由器每隔10s交換一次短報文（Hello報文），若40s內沒有收到則認為是不可到達，應立即修改鏈路狀態(tài)數據庫來重新計算路由表。鏈路狀態(tài)的修改只涉及路由器鏈路狀態(tài)報告而不是整個路由表，并且只當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時才進行，同時OSPF信息是通過直接使用IP數據報發(fā)送的，這樣數據報短就減少了路由信息的通信量。優(yōu)點：克服了RIP的所有缺點內部網關路由協(xié)議IGRPIGRP是Cisco公司發(fā)布的一種距離向量路由協(xié)議，每隔90s向我廣播發(fā)送路由更新信息，類似與RIP協(xié)議，當存在很多顯著的特點：IGRP沒有RIP的15個跳數的限制具有負載均衡功能，能在不同網絡之間同時使用多條路由（最多6條）使用綜合參數的路由度量方式，可獲得比RIP更好的路徑邊界網關協(xié)議BGPBGP數一種外部網關協(xié)議，用于在不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息。1989年首次公布，常用的是1994年的BGP4，最新版本為BGP++。BGP工作在TCP層可以在一定程度上保證傳輸的可靠性。BGP路由器的路由表記錄的是到每個目的地的完整路由，而不是到達每個目的地的距離。開始時，相鄰BGP路由器之間交換它們的整個路由表信息，之后，當路由表發(fā)生改變時只交換更新的路由信息。每個BGP路由器按照相應的原則判斷，選擇最短距離的路由發(fā)送數據。BGP有兩種工作模式：一是內部BGP——IBGP，用于單個自治系統(tǒng)內部BGP路由器之間；另一是外部BGP——EBGP，用于不同自治系統(tǒng)之間的鏈路上。路由器的分類單協(xié)議路由器（僅一個協(xié)議因而只有一個地址格式）和多協(xié)議路由器（每一個協(xié)議構建一個路由表）。橋路由器（具有雙重作用：網橋功能和路由功能，依據接收的協(xié)議來定）。本地和遠程路由器。路由器的發(fā)展路由器是網絡互連的核心，它的發(fā)展方向是速度更快、服務質量更好和管理更加智能化三個方向網關（Gateway）網關又稱網間協(xié)議變換器，是實現(xiàn)兩種不同協(xié)議的網絡之間進行轉換的網絡互連設備。有廣義網關（指所有用于網絡互連的軟、硬件）和狹義網關（指工作于OSI/RM高層協(xié)議的網絡互連設備，負責高層協(xié)議的轉換）兩種，我們討論的是后者，通常用于WAN——WAN互連、網絡與大型主機系統(tǒng)的互連。網關實現(xiàn)協(xié)議轉換的方法有兩種：一是直接將輸入的網絡數據包轉換成輸出的網絡網絡數據包的格式；一是將輸入的網絡數據包格式轉換成一種標準的網間數據包的格式。廣域網的相關技術廣域網是進行網絡互連的中間媒介。通過廣域網可以將兩個分布在不同地理位置上的LAN互連在一起。公用網PSTN公用交換網PSTN，即網，是一種以模擬技術為基礎的電路交換網絡。PSTN功能：撥號接入Internet/Intranet/LAN實現(xiàn)兩個或多個LAN之間的互連和其他廣域網的互連PSTN技術：當兩個主機或路由器設備需要通過PSTN連接時，在兩端的網絡接入側（即用戶端）必須使用調制解調器來實現(xiàn)信號的模/數、數/模轉換。PSTN網絡互連：通過普通撥號線入網通過租用專線入網綜合業(yè)務數字網ISDNISDN將多種業(yè)務集成在一個網內，為用戶提供經濟有效的數字化綜合服務，包括、、可視圖文及數據通信等。ISDN使用單一入網接口，利用此接口可實現(xiàn)多個終端（ISDN、終端）同時進行數字通信連接。ISDN的組成部件包括用戶終端、終端適配器、網絡終端等設備。用戶終端有兩種類型：ISDN標準終端設備TE1（通過4芯雙絞線數字鏈路與ISDN連接，如數字、4類機）和非ISDN標準終端設備TE2（通過終端適配器與ISDN連接，如普通、普通機）。ISDN基本速率接口BRI：兩個B通道和一個D通道，即2B+D。B通道的傳輸速率為64kbit/s（傳輸用戶數據），D通道傳輸速率為16kbit/s（傳輸控制和信令信息），則BRI傳輸速率為128kbit/s（2×64）或144kbit/s（2×64+16）ISDN基群速率接口PRI的總傳輸速率視提供的接口而定，如我國PRI提供30B+D，則總傳輸速率為2.048Mbit/s。公共分組交換數據網X.25公共分組交換數據網（誕生于20世紀70年代）是一個以數據通信為目標的公共數據網PDN。PDN內各節(jié)點是由交換PSE機組成的，如X.25網。X.25網具有下列特點：統(tǒng)一的用戶設備接口高可靠性多路復用技術流量控制與管理點對點協(xié)議與其他網絡互連數字數據網DDN幀中繼xDSL技術xDSL概念Bellcore公司在1987年首先提出了xDSL技術，是基于公共網PSTN的擴充方案，可以最大限度地保護已有的投資。DSL是數字用戶環(huán)路的簡稱，是以銅質雙絞線為傳輸介質的點對點傳輸技術。XDSL比傳統(tǒng)的普通Modem能夠進行高速傳輸，主要原因是：首先，xDSL只是利用PSTN或CATV的用戶環(huán)路，而不是整個網絡，采用xDSL技術調制的數據信號實際上是在原有話音或視頻線路上疊加傳輸的，在電信局和用戶端分別進行合成和分解，因此需要配置相應的局端設備。其次，xDSL只能工作在用戶環(huán)路上，故傳輸距離愈長，信號衰減愈大，愈不適合高速傳輸，因此傳輸距離有限。xDSL的主要特點：xDSL支持工業(yè)標準xDSL是一種Modem對稱與非對稱之分xDSL分類xDSL中的x可表示A/H/S/I/V/RA等不同數據調制實現(xiàn)方式，利用不同的調制方式使數據或多媒體信息可以更高速地在銅質雙絞線上傳送，避免由于數據流量過大而對中心機房交換機和公用網PSTN造成擁塞。xDSL技術按上行和下行的速率是否相同可分為對稱型和非對稱型。非對稱數字用戶環(huán)路ADSL：ADSL在兩個傳輸方向上的速率是不一樣的，使用單對線為網絡用戶提供很高的傳輸速率，從32kbit/s到8.192Mbit/s的下行速率和從32kbit/s到1.088Mbit/s的上行速率，同時在同一根線上可以提供語音服務，支持同時傳輸數據和語音。ADSL的調制技術主要有離散多音頻調制技術DMT和無載波調幅調相技術CAP兩種。DMT的優(yōu)勢在于，將來中心端如果采用統(tǒng)一的設備，則用戶端設備可以使用不同廠家的產品，而不同廠商的CAP設備無法兼容。ADSL服務的典型結構：在用戶端安裝ADSL調制解調設備，用戶數據經過調制變成ADSL信號，可以通過在普通雙絞銅線上傳送。如果要在銅線上同時傳送，就要加一個分離器，分離器能將話音信號和調制好的數字的數字信號放在同一條銅線上傳送。信號傳送到交換局，再通過一個分路器將話音信號和ADSL數字調制信號分離出來，把話音信號交給中心局交換機，ADSL數字調制信號交給ADSL中心設備，由中心設備處理，變成信元或數據包后再交給骨干網。ATM技術寬帶綜合業(yè)務數字網B-ISDN高清晰度電視、電視會議、可視、點播電視、遠程教育、遠程醫(yī)療、家庭購物、高速數據傳輸等，現(xiàn)有的網絡都不能滿足要求，它要求網絡既能傳送低速信號，又能傳送高速信號；既能適應語音信號時延特性，又能適應數據信號誤碼特性，進而也能適應圖像信號時延和誤碼兩種特性。在這樣的情況下，B－ISDN應運而生了。ATM－異步轉移方式ATM概念ATM－異步轉移方式（異步傳輸模式），始于20世紀80年代初，1988年，ITU－T（國際電信聯(lián)盟）在藍皮書中正式將其定為ATM－異步轉移方式，并將它確定為B－ISDN的信息傳遞方式。ATM是一種分組交換和復用技術，其中的A說明ATM信源是同步發(fā)出，但是某一用戶的信源可以異步發(fā)出與接收。異步與“異步傳送過程”完全不一樣，主要是