《網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)基礎(chǔ)》

網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)根底第八章網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)根底學(xué)習(xí)目的與要求本章主要介紹計算機網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的相關(guān)理論知識、網(wǎng)絡(luò)互連的主要技術(shù)和結(jié)構(gòu)、以及網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的工作原理和應(yīng)用。通過本章學(xué)習(xí)，讀者能夠了解網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念，掌握網(wǎng)絡(luò)互連的相關(guān)技術(shù)，掌握IP地址的運用，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下堅實的理論根底。編輯ppt第八章網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)根底8.1網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)編輯ppt8.1網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念“互連〞和“互聯(lián)〞兩個術(shù)語的區(qū)別：互連〔Internet-connection〕指僅是物理上連接在一起，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)距離上的延伸。例如使用中繼器連接擴大網(wǎng)絡(luò)距離〔連接的是同構(gòu)網(wǎng)〕。互聯(lián)〔Internet-working〕指不僅在物理上連接在一起，而且在邏輯上也連接在一起。包括協(xié)議組的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)包的封裝等?；ヂ?lián)的網(wǎng)絡(luò)可以是同構(gòu)的，也可以是異構(gòu)的。編輯ppt8.1網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型(1)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)〔LAN-LAN〕同構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)(2)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的互聯(lián)〔LAN-MAN〕(3)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)〔LAN-WAN〕(4)多個遠程局域網(wǎng)利用公用網(wǎng)互聯(lián)〔LAN-WAN-LAN〕(5)廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)〔WAN-WAN〕編輯ppt8.1網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要是將不同網(wǎng)段、網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)之間通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備連接起來。網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)主要有中繼器和網(wǎng)橋〔用于局域網(wǎng)〕。網(wǎng)際之間互聯(lián)主要有路由器和網(wǎng)關(guān)〔用于廣域網(wǎng)〕。編輯ppt8.1網(wǎng)絡(luò)互連的根本概念網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型OSI/RM共有7個層次，不同功能層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時，所選擇網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備也不同。它們和OSI/RM的對應(yīng)關(guān)系如下圖。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)8.2.1網(wǎng)絡(luò)互連方式1.中繼器方式中繼器方式是工作于OSI/RM物理層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，可以互連數(shù)據(jù)鏈路層及以上層次協(xié)議相同的網(wǎng)絡(luò)，一般用于拓展局域網(wǎng)的覆蓋范圍。采用中繼器的優(yōu)點是價格低廉、使用簡單，不需任何配置即可工作，效率高。缺點是不能均衡負載及阻止“播送風(fēng)暴〞，無法進行包過濾，由中繼器所連接的以太網(wǎng)段處于同一個沖突域和播送域中。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)2.橋接器方式橋接器(Bridge)是工作于OSI/RM數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)互連送備，可以互連網(wǎng)絡(luò)層及以上層次協(xié)議相同的網(wǎng)絡(luò)。一般用于互連兩個運行同類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的局域網(wǎng)，而網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、通信介質(zhì)和通信協(xié)議可以不同。實際使用的網(wǎng)橋可分為三種：簡易網(wǎng)橋、透明網(wǎng)橋、源路徑網(wǎng)橋。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)3.路由器方式路由器是工作在OSI/RM網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層以及以下各層的協(xié)議轉(zhuǎn)換，通常用來互連局域網(wǎng)和播送網(wǎng)或者實現(xiàn)在同一點兩個以上的局域網(wǎng)的互連。路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層地址(如IP地址)進行信息的轉(zhuǎn)發(fā)，其功能主要有兩個：路由選擇和信息轉(zhuǎn)發(fā)，除此之外，還有負載均衡、流量控制、網(wǎng)絡(luò)和用戶管理等功能，能夠隔離播送域，阻止“播送風(fēng)暴〞傳遞到整個網(wǎng)絡(luò)，具有更強的異種局域網(wǎng)互連能力。由于路由器對于每一個到來的信息包都要進行“拆包組包〞過程，而且一些復(fù)雜的處理功能都是采用軟件實現(xiàn)的，因此，成為高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸，近幾年出現(xiàn)的第三層交換機，將路由與交換技術(shù)結(jié)合在一起，較好地解決了該問題，大大提高了網(wǎng)絡(luò)性能，第三層交換機又稱為路由交換機。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)4.網(wǎng)關(guān)方式網(wǎng)關(guān)(Gateway)是在兩種不同協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換的設(shè)備。有廣義網(wǎng)關(guān)和狹義網(wǎng)關(guān)之分。廣義網(wǎng)關(guān)指所有用于網(wǎng)絡(luò)互連的軟、硬件；狹義網(wǎng)關(guān)特指工作于OSI/RM高層協(xié)議(網(wǎng)絡(luò)層以上)的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，負責(zé)高層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，通常用于廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連、網(wǎng)絡(luò)與大型主機系統(tǒng)的互連等。這里所指的是狹義網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)可以轉(zhuǎn)換大多數(shù)協(xié)議層，覆蓋OSI模型的全部七層，比中繼器、網(wǎng)橋和路由器要復(fù)雜得多，效率相對也較低，網(wǎng)關(guān)一般有一定的專用性。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)8.2.2IP地址1.IP信息包(1)IP信息包的傳送機制IP是負責(zé)網(wǎng)絡(luò)之間信息傳送的協(xié)議，可將IP信息包從來源設(shè)備傳送到目的設(shè)備。要到達這樣的目的，IP必須依賴于兩種機制：IP定址與IP路由。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(2) 分割與重組IP信息包IP信息包必須放到數(shù)據(jù)鏈路層進行傳送。每一種數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)都會有不同的最大傳輸單位(MTU)，即該種技術(shù)所能傳輸?shù)淖畲笮畔L度。IP信息包在傳送過程中，可能會經(jīng)過許多個使用不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。為了解決此問題，路由器必須有IP信息包分割與重組的機制，將過長的信息包加以分割，以便能在最大傳輸單位較小的網(wǎng)絡(luò)上傳輸。分割后的IP信息包，會由目的設(shè)備重組，恢復(fù)成原來IP信息包。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(3) IP信息包的結(jié)構(gòu)IP傳送數(shù)據(jù)的根本單位是IP信息包。IP信息包主要由兩局部所組成，如下圖。IP報頭，記錄有關(guān)IP地址、路由、信息包識別等信息。IPPayload，載送上層協(xié)議的信息包。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)在IP信息包的傳遞過程中，IP報頭扮演了極為關(guān)鍵的角色，其中記錄了與IP相關(guān)的所有信息，以下為IP報頭中較為重要的信息。IP信息包的目的地址(DestinationAddress)IP信息包的來源地址(SoureceAddress)上層協(xié)議(Protocol)IP信息包標(biāo)識碼(Identification)分割與重組相關(guān)信息。記錄所有與分割、重組相關(guān)的信息。存活時間(TTL)編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)2.IP地址表示法IP地址本質(zhì)上是一個長度為32Bits的二進制值，為了方便起見，一般使用以下方式來轉(zhuǎn)換成十進制。目前互聯(lián)網(wǎng)上通用的IP版本為第4版，稱為IPv4。IPv4的IP地址是由32Bits組成IETF開始推出下一版的IP規(guī)格——IPv6，IPv6的IP地址是由128位組成的，由此，可以提供非常充裕的IP地址空間。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)3.IP地址的等級(1)IP地址的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)地址主機地址編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(2) 三種常見的地址等級A類：網(wǎng)絡(luò)地址的長度為8位，第一位必須為0。A類網(wǎng)絡(luò)地址可從00000000至01111111，總共有27=128個，如下圖。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)B類：網(wǎng)絡(luò)地址的長度為16位，前導(dǎo)位有兩位，必須是10。因此B類的IP地址必然介于128.0.0.0與191.255.255.255之間，如下圖。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)C類：網(wǎng)絡(luò)地址的長度為24位，前導(dǎo)位有三位，必須是110。因此C類的IP地址必然介于192.0.0.0與223.255.255.255之間，如下圖。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(3)特殊的IP地址主機地址全為0用來代表“這個網(wǎng)絡(luò)〞。主機地址全為1代表網(wǎng)絡(luò)中的全部設(shè)備，也就是播送地址。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)地址與主機地址都為1，即255.255.255.255，稱為“Limited〞或“Local〞播送信息包。各個等級地址的最后1個網(wǎng)絡(luò)地址(除前導(dǎo)位外，其余的網(wǎng)絡(luò)地址位都設(shè)為1)代表“Loopback〞地址(環(huán)回地址)。私有地址：A類：10.0.0.0~10.255.255.255B類：172.16.0.0~172.31.255.255C類：192.168.0.0~192.168.255.255編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)4.子網(wǎng)劃分(1)子網(wǎng)分割的原理分割子網(wǎng)的重點便是讓每個子網(wǎng)擁有一個獨一無二的子網(wǎng)地址(SubnetAddress)，以此識別子網(wǎng)。由于企業(yè)分配到的網(wǎng)絡(luò)地址是無法變動的，因此，如果要分割子網(wǎng)的話，必須從主機地址“借用〞前面幾位，作為子網(wǎng)地址。原先的網(wǎng)絡(luò)地址加上子網(wǎng)地址便可用來識別特定的子網(wǎng)。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(2)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼長度為32位，與IP地址的長度相同。子網(wǎng)掩碼必須是由一串連續(xù)的1，再跟上一串連續(xù)的0所組成。為了方便閱讀，子網(wǎng)掩碼使用與IP地址相同的十進制來表示。子網(wǎng)掩碼必須與IP地址配對使用才有意義。單獨的子網(wǎng)掩碼不具任何意義。當(dāng)子網(wǎng)掩碼與IP地址一起時，子網(wǎng)掩碼的l對映至IP地址便是代表網(wǎng)絡(luò)地址位，0對映至IP地址便是代表主機地址位。原有等級式的網(wǎng)絡(luò)地址仍然可繼續(xù)使用。原先使用A、B、C三種等級的網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼為：A類：255.0.0.0B類：255.255.0.0C類：255.255.255.0編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)(3)子網(wǎng)分割實例子網(wǎng)分割是相當(dāng)常見的應(yīng)用，以下便以實例說明如何在企業(yè)內(nèi)局部割子網(wǎng)。假設(shè)A企業(yè)費了一番功夫終于申請到如下的ClassCIP地址：IP地址：11001011010010101100110100000000(203.74.205.0)子網(wǎng)掩碼：11111111111111111111111100000000(255.255.255.0)A企業(yè)由于業(yè)務(wù)需求，內(nèi)部必須分成A1、A2、A3、A4等4個獨立的網(wǎng)絡(luò)。此時便需要利用子網(wǎng)分割的方式，建立數(shù)個子網(wǎng)，以便分配給這4個獨立的網(wǎng)絡(luò)。編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)首先要決定的是子網(wǎng)地址的長度。假設(shè)子網(wǎng)地址為2位，可形成4個子網(wǎng)，但是子網(wǎng)地址不可全為0或1，因此實際上可用的子網(wǎng)只有2個。假設(shè)子網(wǎng)地址為3位，可形成8個子網(wǎng)，扣除子網(wǎng)地址全為0或1的子網(wǎng)，因此實際上可用的子網(wǎng)有6個，足以符合A企業(yè)的需求。決定了子網(wǎng)地址的長度后，便可以知道新的子網(wǎng)掩碼，以及主機地址的長度。由于使用了3位作為子網(wǎng)地址，網(wǎng)絡(luò)地址變成24+3=27位。因此，新的子網(wǎng)掩碼為：11111111111111111111111111100000(255.255.255.224)編輯ppt8.2網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可設(shè)置的IP地址子網(wǎng)掩碼A1203.74.205.33一203.74.205.62255.255.255.224A2203.74.205.65—203.74.205.94