《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)》課件第7章

第7章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)

7.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念 7.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要類型 7.3典型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 7.4本章小結(jié) 1隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們需要將多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，在更廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息交流和資源共享，單一的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足社會(huì)的需求。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)互連起來，構(gòu)成更大范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)和方法。互聯(lián)網(wǎng)（Internet）就是一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的實(shí)例，它是一個(gè)使用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)將分布在全世界各地的各種類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來構(gòu)成的覆蓋面積最廣、影響最大的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)既可以是相同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，也可以是不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（或者運(yùn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的系統(tǒng)）之間的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的類型主要有三種：局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)（LANLAN）、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)（LANWAN）、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)（WANWAN）。27.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念

7.1.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要作用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要作用有以下幾個(gè)方面：（1）擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍通過擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)資源共享的范圍，允許接入更多的網(wǎng)絡(luò)用戶，從而在更廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息交換。例如，在局域網(wǎng)中每個(gè)網(wǎng)段的物理覆蓋范圍是有限的，如果網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍超過了上限，可以通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備將兩個(gè)網(wǎng)段連接起來，形成一個(gè)更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。（2）提高網(wǎng)絡(luò)通信效率，改善網(wǎng)絡(luò)性能當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，隨著信息流量的不斷增加，共享傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的訪問沖突會(huì)明顯增加，使得單個(gè)結(jié)點(diǎn)的帶寬減少，通信延遲增大，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信效率降低。采用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，把一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)分割成若干個(gè)較小的物理子網(wǎng)，將相互通信比較頻繁的結(jié)點(diǎn)放在同一個(gè)物理子網(wǎng)內(nèi)，用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備將各個(gè)物理子網(wǎng)連接起來，可以提高網(wǎng)絡(luò)通信效率，改善網(wǎng)絡(luò)性能。（3）提供更豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，能夠使分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行互連、互通和互操作，從而可以在應(yīng)用層面給網(wǎng)絡(luò)用戶提供更加豐富的服務(wù)，例如：電子郵件、文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄等等。37.1.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要問題要實(shí)現(xiàn)分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，首先需要在不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間建立通信鏈路，其次要在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程之間提供相應(yīng)的路由選擇機(jī)制，同時(shí)還需要一個(gè)記賬服務(wù)，它負(fù)責(zé)記錄各個(gè)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行情況，維護(hù)各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)通常存在許多差別，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)面臨的主要問題有以下幾個(gè)方面：（1）不同的尋址方案；（2）不同的最大分組長度；（3）不同的網(wǎng)絡(luò)訪問機(jī)制；（4）不同的差錯(cuò)恢復(fù)方法；（5）不同的路由選擇技術(shù)；（6）不同的超時(shí)控制；（7）不同的管理與控制方式。47.1.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的層次從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的角度來看，可以在以下四個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：（1）物理層在物理層層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要用于不同地理范圍內(nèi)的網(wǎng)段之間的互聯(lián)，重點(diǎn)是解決如何在不同的傳輸介質(zhì)中傳輸比特流。（2）數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要用于相同類型的局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。（3）網(wǎng)絡(luò)層在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要用于廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)。在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)重點(diǎn)在于解決路由選擇、擁塞控制以及差錯(cuò)處理等問題。（4）高層在高層（在OSI七層參考模型中高于網(wǎng)絡(luò)層的其它層次）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要解決高層之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。57.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要類型

如本書第1.2節(jié)所述，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍和規(guī)模可以分成五種不同的類型。本章所述的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，根據(jù)進(jìn)行互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型不同可以分為三種主要類型：局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)（LAN?LAN）、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)（LAN?WAN）、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)（WAN?WAN）。7.2.1局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的互聯(lián)是最常見的一種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型，其網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)邏輯結(jié)構(gòu)如圖7.1所示。局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間可以通過集線器等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的信息交換和資源共享。局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間互聯(lián)，既包括相同類型的局域網(wǎng)之間的互聯(lián)（比如用集線器互聯(lián)多個(gè)以太網(wǎng)），也包括不同類型局域網(wǎng)之間的互聯(lián)（比如用交換機(jī)互聯(lián)以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)）。67.2.2局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)是較為常見的一種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型。實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)，對于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)都非常必要。局域網(wǎng)可以通過互聯(lián)到廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更大范圍的信息交換和資源共享；廣域網(wǎng)也可以通過互聯(lián)局域網(wǎng)來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋范圍。局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間可以通過專門的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備（比如路由器或者網(wǎng)關(guān)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，其網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)邏輯結(jié)構(gòu)如圖7.2所示。77.2.3廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)也是目前常見的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方式之一。廣域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)可以通過路由器或者網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，其網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)邏輯結(jié)構(gòu)如圖7.3所示。廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)一般由不同國家的電信部門或國際組織將不同國家或者地區(qū)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，構(gòu)成更大規(guī)模的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，使接入各廣域網(wǎng)的主機(jī)在更廣的范圍內(nèi)進(jìn)行信息交換和資源共享。87.3典型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，需要使用某種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備（interconnectiondevice）進(jìn)行連接。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備總體上可分為兩類：網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)設(shè)備和網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備。網(wǎng)內(nèi)互聯(lián)設(shè)備主要有網(wǎng)絡(luò)接口卡、中繼器、集線器等等；網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備主要有網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)等等。下面分別介紹這些典型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。7.3.1網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC:NetworkInterfaceCard），也被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器（NetworkAdapter），簡稱為網(wǎng)卡，它是插在計(jì)算機(jī)總線或某個(gè)外部接口上的一個(gè)擴(kuò)展卡，用來使計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通訊，其外觀如圖7.4所示。網(wǎng)卡的主要功能體現(xiàn)在發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)兩個(gè)方面。一方面，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡首先將發(fā)送結(jié)點(diǎn)要發(fā)送出去的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備能夠識(shí)別的格式，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸。另一方面，在接收數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡首先從網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中接收數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)程序能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)格式。9為了有效地進(jìn)行通信，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須有一個(gè)獨(dú)一無二的物理地址，稱為MAC地址（MAC:MediumAccessControl）。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE:InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）為網(wǎng)卡統(tǒng)一分配MAC地址，確保每一塊網(wǎng)卡具有一個(gè)全世界范圍內(nèi)唯一的MAC地址。MAC地址長度為48位，被寫在網(wǎng)卡上的只讀存儲(chǔ)器中。這種統(tǒng)一的MAC地址分配機(jī)制保證了在全世界范圍內(nèi)沒有任何兩塊網(wǎng)卡具有相同的MAC地址。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件系統(tǒng)集成度不斷提高，網(wǎng)卡上的芯片個(gè)數(shù)不斷減少。盡管各個(gè)廠家生產(chǎn)的網(wǎng)卡種類繁多，但是這些網(wǎng)卡的基本功能大體相同，主要完成數(shù)據(jù)封裝與解封、鏈路管理、數(shù)據(jù)編碼與譯碼等任務(wù)。10根據(jù)網(wǎng)卡所支持的計(jì)算機(jī)種類、網(wǎng)卡的傳輸速率、網(wǎng)卡所支持的總線類型以及網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)接口類型的不同，網(wǎng)卡可以分為以下幾種不同的類型：（1）按照網(wǎng)卡支持的計(jì)算機(jī)種類分類：網(wǎng)卡可以分為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡和PCMCIA網(wǎng)卡。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)，PCMCIA網(wǎng)卡用于便攜式計(jì)算機(jī)。（2）按照網(wǎng)卡支持的數(shù)據(jù)傳輸速率分類：網(wǎng)卡可以分為10Mbps網(wǎng)卡、100Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)卡、1000Mbps網(wǎng)卡等不同類型。10Mbps和100Mbps網(wǎng)卡支持10Mbps和100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)卡可以與遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)協(xié)商，確定當(dāng)前可用數(shù)據(jù)傳輸速率是10Mbps還是100Mbps。1000Mbps網(wǎng)卡多用于服務(wù)器與交換機(jī)之間的連接，以提高系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)傳輸速率。（3）按照網(wǎng)卡支持的總線類型分類：網(wǎng)卡可以分為ISA網(wǎng)卡、EISA網(wǎng)卡、PCI網(wǎng)卡、USB網(wǎng)卡等不同類型。（4）按照網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)接口類型分類：網(wǎng)卡可分為RJ-45接口網(wǎng)卡、BNC接口網(wǎng)卡、AUI接口網(wǎng)卡。RJ-45接口網(wǎng)卡用于以雙絞線為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)中，是目前最為常見、應(yīng)用最廣的一種網(wǎng)卡。BNC接口網(wǎng)卡用于使用細(xì)同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)中，由于使用細(xì)同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)較少，這種類型的網(wǎng)卡比較少見。AUI接口網(wǎng)卡用于以粗同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)中，目前很少有使用粗同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，因此這種類型的網(wǎng)卡非常少見。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的早期，網(wǎng)卡通常作為一個(gè)擴(kuò)展卡插到計(jì)算機(jī)總線或者某個(gè)外部接口上。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)卡價(jià)格大幅降低，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)不斷普及，目前新出廠的計(jì)算機(jī)基本上都在其主板上集成了網(wǎng)絡(luò)接口，用戶無需自行購買和安裝網(wǎng)卡。117.3.2中繼器中繼器（repeater）是最簡單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，它工作在OSI參考模型的最底層（物理層）。由于存在損耗，在通信線路上傳輸?shù)男盘柕墓β蕰?huì)隨著傳輸距離的增加逐漸衰減，當(dāng)衰減達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)造成信號失真，可能導(dǎo)致接收錯(cuò)誤。中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計(jì)的，它完成物理線路的連接，對衰減的信號進(jìn)行放大恢復(fù)，與原數(shù)據(jù)保持相同。中繼器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝簡單、使用方便。通過接入多個(gè)中繼器，可以擴(kuò)大通信傳輸距離，增加網(wǎng)絡(luò)中所能容納的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。例如，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定單段信號傳輸電纜的最大長度為500米，在使用4個(gè)中繼器進(jìn)行信號中繼后，傳輸電纜最長可擴(kuò)展到2500米。從表面上看，中繼器的使用數(shù)量似乎可以是無限的，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也似乎可以通過不斷接入中繼器而無限延長。事實(shí)上這是不可能的，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中對信號的延遲范圍有明確規(guī)定，中繼器只能在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，否則會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)故障。中繼器的缺點(diǎn)主要有以下三個(gè)方面。第一，中繼器對信號的接收、恢復(fù)和轉(zhuǎn)發(fā)過程會(huì)增加通信延時(shí)。第二，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷過重時(shí)，可能因中繼器內(nèi)緩沖存儲(chǔ)空間不足而發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀丟失。第三，通過中繼器連接起來的不同網(wǎng)段在邏輯上仍然是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，中繼器不能提供相鄰網(wǎng)段間的隔離功能，一旦中繼器出現(xiàn)故障，會(huì)對相鄰的兩個(gè)網(wǎng)段都產(chǎn)生影響。127.3.3集線器集線器（hub）工作在OSI參考模型的物理層，是一種物理層設(shè)備，其工作原理和中繼器基本相同。從本質(zhì)上講，集線器是中繼器的一種，集線器和中繼器的區(qū)別僅在于集線器的端口數(shù)量往往比中繼器多，因此集線器也被稱為多端口中繼器。圖7.5給出一個(gè)由集線器連接構(gòu)成的局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖，一所大學(xué)的某學(xué)院可以用集線器將該學(xué)院三個(gè)系的局域網(wǎng)互聯(lián)起來。如圖7.5所示，三個(gè)系級集線器分別組成三個(gè)系的局域網(wǎng)，每個(gè)系的局域網(wǎng)可以給該系的教職工和學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)訪問。系里每個(gè)主機(jī)和系局域網(wǎng)集線器之間是點(diǎn)到點(diǎn)（point-to-point）的連接方式。在圖7.5中，比三個(gè)系級集線器更高一級的第四個(gè)集線器稱為主干集線器，它與三個(gè)系級集線器之間也是點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式。該主干集線器通過連接三個(gè)系級局域網(wǎng)，構(gòu)成一個(gè)更大規(guī)模的學(xué)院級的局域網(wǎng)。圖7.5所示的是典型的多級集線器互聯(lián)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè)集線器按照清晰的層級關(guān)系組織起來。事實(shí)上，也可以把圖7.5中的兩級集線器結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三級集線器結(jié)構(gòu)，例如：第一級是系級集線器，第二級是學(xué)院級集線器（一所大學(xué)包括多個(gè)學(xué)院），第三級集線器涵蓋整個(gè)大學(xué)。13在圖7.5中所示的多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)中，我們通常稱由多個(gè)層級的多個(gè)集線器互聯(lián)起來的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)局域網(wǎng)，而其中某個(gè)部門的網(wǎng)絡(luò)，比如圖中計(jì)算機(jī)系的系級網(wǎng)絡(luò)（包括系級集線器和連接到系級集線器上的所有主機(jī)）稱為一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段（segment）。值得注意的是，圖7.5中所示的所有局域網(wǎng)網(wǎng)段（軟件工程系、計(jì)算機(jī)系、網(wǎng)絡(luò)工程系）都屬于同一個(gè)沖突域（collisiondomain），當(dāng)局域網(wǎng)網(wǎng)段中的兩個(gè)或者多個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)嘗試進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)將會(huì)產(chǎn)生沖突，此時(shí)這些結(jié)點(diǎn)將進(jìn)行退避，即隨機(jī)等待一定時(shí)間后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。如果沒有這樣的退避機(jī)制，可能導(dǎo)致以下情況發(fā)生：同一個(gè)沖突域內(nèi)的兩個(gè)或多結(jié)點(diǎn)同時(shí)嘗試數(shù)據(jù)傳輸，在產(chǎn)生沖突之后這些結(jié)點(diǎn)又立刻嘗試重新傳輸數(shù)據(jù)，又導(dǎo)致新的沖突，從而進(jìn)入一種反復(fù)不斷沖突的惡性循環(huán)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。采用如圖7.5所示的帶有主干集線器的多級集線器連接多個(gè)部門局域網(wǎng)這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)有以下三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。第一，這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)使多個(gè)不同部門（例如圖中所示的軟件工程系、計(jì)算機(jī)系、網(wǎng)絡(luò)工程系三個(gè)系）之間的主機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)跨部門的通信。第二，這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)大局域網(wǎng)內(nèi)任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離。第三，這種多層級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)一定程度的優(yōu)雅降級（gracefuldegradation）。優(yōu)雅降級是指電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)在部分組件出現(xiàn)故障或者失效的情況下，整個(gè)系統(tǒng)仍然能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并維持一定系統(tǒng)功能的能力。在理想情況下，具有優(yōu)雅降級特性的系統(tǒng)即使出現(xiàn)多個(gè)組件同時(shí)發(fā)生故障或者失效的情況也不會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的完全癱瘓。在圖7.5所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，如果某個(gè)系級局域網(wǎng)網(wǎng)段的集線器開始出現(xiàn)故障，上一級的主干集線器能夠檢測到這一問題并及時(shí)斷開該系級集線器與整個(gè)局域網(wǎng)其他部分的連接。通過這種方式，在故障集線器維修期間其他沒有發(fā)生故障的系的網(wǎng)絡(luò)依然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)局域網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)雅降級。14雖然采用帶有主干集線器的多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)也存在一些問題。第一，通過集線器將多個(gè)部門的局域網(wǎng)互聯(lián)起來，這些部門局域網(wǎng)原來相互獨(dú)立的沖突域會(huì)變成一個(gè)大的共同沖突域。第二，如果不同部門的局域網(wǎng)網(wǎng)段使用的是不同的以太網(wǎng)技術(shù)，可能無法使用主干集線器互聯(lián)這些部門的集線器。例如，如果圖7.5中所示的計(jì)算機(jī)系是100BaseT網(wǎng)絡(luò)，而軟件工程系和網(wǎng)絡(luò)工程系是10BaseT網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)這三個(gè)部門的局域網(wǎng)必須有數(shù)據(jù)幀緩沖機(jī)制。由于集線器從本質(zhì)上講是一種中繼器，不具備數(shù)據(jù)幀緩沖功能，因此它無法互聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸速率不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段。第三，不同的以太網(wǎng)技術(shù)（10Base2，10BaseT，100BaseT等等）對于同一沖突域內(nèi)最大允許的結(jié)點(diǎn)數(shù)、同一沖突域內(nèi)兩個(gè)主機(jī)之間的最大距離、多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)中最大允許的層級數(shù)這幾個(gè)方面都有具體的限制，這些約束條件限制了多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)所能連接的主機(jī)總數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。集線器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常簡單的一種基礎(chǔ)硬件設(shè)備，它通常不需要任何軟件支持。集線器在接收到數(shù)據(jù)時(shí)只是簡單地把該數(shù)據(jù)廣播到集線器的所有其他端口上去。在集線器內(nèi)部有一條數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都使用這條總線。如果連接到同一集線器上的兩個(gè)或者多個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)出現(xiàn)信號碰撞，集線器需要處理這種沖突。當(dāng)集線器檢測到?jīng)_突時(shí)，向集線器所連接的端口發(fā)送信號，使得發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)知道此次數(shù)據(jù)傳送失敗，需要等待一段時(shí)間后再次重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣的工作機(jī)制導(dǎo)致集線器的數(shù)據(jù)傳輸效率相對比較低。15集線器有多種分類方法，可以按照集線器的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作方式以及接口類型等不同特點(diǎn)進(jìn)行分類。以下介紹幾種主流的雙絞線以太網(wǎng)集線器的分類標(biāo)準(zhǔn)：（1）按照集線器的結(jié)構(gòu)分類：集線器可以分為獨(dú)立式集線器、堆疊式集線器和機(jī)箱式集線器。（2）按照集線器的數(shù)據(jù)傳輸速率分類：集線器可以分為10Mbps集線器、100Mbps集線器和10/100Mbps自適應(yīng)集線器。（3）按照集線器的工作方式分類：集線器可以分為無源集線器、有源集線器和智能集線器。無源集線器不對信號做任何處理，對傳輸介質(zhì)的傳輸距離沒有擴(kuò)展。有源集線器能夠?qū)π盘栠M(jìn)行放大，延長兩臺(tái)主機(jī)之間的有效傳輸距離。智能集線器具有一定的網(wǎng)絡(luò)管理和路由功能，例如：在智能集線器中，不是每個(gè)結(jié)點(diǎn)都能收到信號，只有與信號目的地址相同的端口所連接的結(jié)點(diǎn)才能收到信號。167.3.4網(wǎng)橋1.網(wǎng)橋的基本工作原理網(wǎng)橋（bridge）工作在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），也被稱為第二層設(shè)備，典型的網(wǎng)橋如圖7.6所示。網(wǎng)橋與前述的集線器有著明顯的區(qū)別，集線器是物理層設(shè)備，而網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，其處理和操作的對象是數(shù)據(jù)幀（frame），能夠利用數(shù)據(jù)幀的目的地址對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行過濾（filtering）和轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀流入網(wǎng)橋的某個(gè)端口時(shí)，網(wǎng)橋并不是像集線器那樣把該數(shù)據(jù)幀簡單地復(fù)制到其他所有端口上，而是檢查數(shù)據(jù)幀的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）目的地址并嘗試將該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)向其目的結(jié)點(diǎn)的端口。17在前面介紹集線器時(shí)，我們給出了采用主干集線器多級互聯(lián)一所大學(xué)某學(xué)院的三個(gè)系的局域網(wǎng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。我們也可以使用網(wǎng)橋互聯(lián)這三個(gè)系的局域網(wǎng)，其互聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖7.7所示。圖7.7中網(wǎng)橋旁邊的數(shù)字標(biāo)號是網(wǎng)橋的端口編號，例如：計(jì)算機(jī)系的系級局域網(wǎng)網(wǎng)段與網(wǎng)橋的第3號端口連接。與圖7.5中所示的多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)一樣，在由網(wǎng)橋互聯(lián)多個(gè)部門構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，我們稱互聯(lián)起來的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)局域網(wǎng)，而其中某個(gè)部門的網(wǎng)絡(luò)稱為一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段。與圖7.5中所示的多級集線器互聯(lián)結(jié)構(gòu)不同的是，圖7.7中所示的每一個(gè)系級局域網(wǎng)網(wǎng)段都分別是一個(gè)相互獨(dú)立的沖突域。182.網(wǎng)橋的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)功能網(wǎng)橋具有對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行過濾和轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)主要功能。網(wǎng)橋的過濾功能是指網(wǎng)橋檢查數(shù)據(jù)幀的目的地址，并據(jù)此判定是應(yīng)該將該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給某一特定端口還是將該數(shù)據(jù)幀丟棄掉。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)功能是指網(wǎng)橋能夠根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的地址決定將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給網(wǎng)橋的哪一個(gè)端口。網(wǎng)橋能夠?qū)崿F(xiàn)過濾和轉(zhuǎn)發(fā)功能主要依賴于網(wǎng)橋內(nèi)的一個(gè)橋接表（bridgetable）。橋接表包含局域網(wǎng)內(nèi)某些結(jié)點(diǎn)的信息，這些結(jié)點(diǎn)不一定包括局域網(wǎng)內(nèi)全部的結(jié)點(diǎn)。對于橋接表內(nèi)包含的每個(gè)結(jié)點(diǎn)，表里都有一條信息與之對應(yīng)，具體包括以下三方面的數(shù)據(jù)：（1）該結(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)地址；（2）與該結(jié)點(diǎn)連接的網(wǎng)橋端口；（3）此結(jié)點(diǎn)的這條信息被記錄在橋接表里的時(shí)間。表7.1給出了一個(gè)橋接表的內(nèi)容示例。值得注意的是，在橋接表中使用的地址是結(jié)點(diǎn)的物理地址（前述的48位MAC地址），而不是結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層地址。在表7.1中，第一列列出了結(jié)點(diǎn)的物理地址（48位MAC地址），第二列列出了該結(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的網(wǎng)橋端口號，第三列列出了這一條信息被記錄在橋接表里的時(shí)間。19接下來，我們介紹網(wǎng)橋如何利用橋接表進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。假定某個(gè)數(shù)據(jù)幀從網(wǎng)橋的I端口到達(dá)，其目的地址是XX-XX-XX-XX-XX-XX。當(dāng)網(wǎng)橋接收到該數(shù)據(jù)幀后，網(wǎng)橋根據(jù)地址XX-XX-XX-XX-XX-XX在橋接表中進(jìn)行檢索。檢索結(jié)果有兩種可能：一種是網(wǎng)橋在橋接表中找到與地址XX-XX-XX-XX-XX-XX相對應(yīng)的網(wǎng)橋端口D；另一種是在橋接表中沒有與地址XX-XX-XX-XX-XX-XX相對應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。對于第一種情況，網(wǎng)橋進(jìn)一步檢查該數(shù)據(jù)幀流入網(wǎng)橋的端口I和檢索橋接表得到的與該數(shù)據(jù)幀目的地址對應(yīng)的網(wǎng)橋端口D是否相同。如果端口I和端口D相同，這表明該數(shù)據(jù)幀是從包含物理地址為XX-XX-XX-XX-XX-XX的結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)段流入網(wǎng)橋的。在這種情況下，沒有必要將該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)橋的任何其他端口，網(wǎng)橋?qū)υ摂?shù)據(jù)幀所做的處理是丟棄掉該數(shù)據(jù)幀，我們把這個(gè)功能稱為網(wǎng)橋的過濾功能。如果端口I和端口D不是同一個(gè)端口，那么該數(shù)據(jù)幀需要發(fā)給與端口D相連的局域網(wǎng)網(wǎng)段。在這種情況下，網(wǎng)橋?qū)υ摂?shù)據(jù)幀所做的處理是將該數(shù)據(jù)幀推送給端口D的輸出緩沖器，數(shù)據(jù)幀經(jīng)由端口D流向目的局域網(wǎng)網(wǎng)段，我們把這個(gè)功能稱為網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)功能。上述的處理規(guī)則使得與網(wǎng)橋端口連接的每一個(gè)不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段都保持為獨(dú)立的沖突域。這些規(guī)則還使得與網(wǎng)橋連接的不同局域網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)的結(jié)點(diǎn)可以同時(shí)進(jìn)行通信，不會(huì)互相干擾。20接下來，我們結(jié)合圖7.7中所示的局域網(wǎng)以及與之對應(yīng)的表7.1所示的橋接表舉例說明上述處理規(guī)則的工作過程：例1：假設(shè)某數(shù)據(jù)幀從端口2流入網(wǎng)橋，其目的地址為76-DF-BF-58-CA-52。網(wǎng)橋通過檢索其橋接表（如表7.1所示），發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)幀的目的結(jié)點(diǎn)就在與端口2相連的局域網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)（圖7.7中所示的計(jì)算機(jī)系網(wǎng)段），這表明該數(shù)據(jù)幀已經(jīng)被廣播到包含其目的結(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)網(wǎng)段了，網(wǎng)橋不必再將該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)橋的任何其他端口。因此，網(wǎng)橋?qū)υ摂?shù)據(jù)幀做丟棄處理，完成過濾功能。這個(gè)例子實(shí)際上描述的是計(jì)算機(jī)系網(wǎng)段內(nèi)兩臺(tái)主機(jī)之間的一次通信過程。對于系級局域網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)結(jié)點(diǎn)之間的通信，學(xué)院級的網(wǎng)橋不對其進(jìn)一步向外轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行網(wǎng)橋的過濾功能。例2：假設(shè)某數(shù)據(jù)幀從端口1流入網(wǎng)橋，其目的地址同樣為76-DF-BF-58-CA-52。網(wǎng)橋通過檢索其橋接表（如表7.1所示），發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)幀的目的結(jié)點(diǎn)通向網(wǎng)橋的端口2，因此網(wǎng)橋?qū)⒃摂?shù)據(jù)幀推送給網(wǎng)橋的端口2，完成轉(zhuǎn)發(fā)功能。這個(gè)例子實(shí)際上描述的是軟件工程系網(wǎng)段內(nèi)的某臺(tái)主機(jī)向計(jì)算機(jī)系網(wǎng)段內(nèi)的某臺(tái)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程。這個(gè)例子表明，對于跨越系級局域網(wǎng)網(wǎng)段的結(jié)點(diǎn)之間的通信，學(xué)院級的網(wǎng)橋會(huì)對其進(jìn)行跨局域網(wǎng)網(wǎng)段的轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)功能。213.網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)能力網(wǎng)橋的一個(gè)非常好的特點(diǎn)是網(wǎng)橋內(nèi)部的橋接表的構(gòu)建和維護(hù)是自動(dòng)完成的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)和自治的過程，不需要網(wǎng)絡(luò)管理員或者網(wǎng)絡(luò)配置協(xié)議的任何干預(yù)。換言之，網(wǎng)橋具有自學(xué)習(xí)（self-learning）能力。網(wǎng)橋的自學(xué)能力通過以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：（1）網(wǎng)橋的橋接表在系統(tǒng)初始的時(shí)候是空的。（2）當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)幀從網(wǎng)橋的某個(gè)端口流入，而且該數(shù)據(jù)幀的目的地址不在橋接表里時(shí)，網(wǎng)橋?qū)⒃摂?shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有的端口。（3）對于接收到的每一個(gè)數(shù)據(jù)幀，網(wǎng)橋在其橋接表中記錄以下三方面的信息：該數(shù)據(jù)幀的源結(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)地址、該數(shù)據(jù)幀流入網(wǎng)橋的端口號、當(dāng)前時(shí)間，具體格式如表7.1所示。通過這種方式，網(wǎng)橋在橋接表中記錄了發(fā)送該數(shù)據(jù)幀的結(jié)點(diǎn)處于哪個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段。在網(wǎng)橋接入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之后，隨著時(shí)間的推移，如果局域網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都發(fā)送過數(shù)據(jù)幀的話，那么橋接表里會(huì)記錄下局域網(wǎng)內(nèi)每個(gè)結(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。（4）當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)幀從網(wǎng)橋的某個(gè)端口流入，并且該數(shù)據(jù)幀的目的地址在橋接表里時(shí)，網(wǎng)橋?qū)⒃摂?shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的端口。（5）隨著時(shí)間的推移，在經(jīng)過一定的時(shí)間段后，如果一直沒有以橋接表里某項(xiàng)的地址為其源地址的數(shù)據(jù)幀流入，網(wǎng)橋會(huì)自動(dòng)將該項(xiàng)數(shù)據(jù)（比如表7.1中所示的某一行信息）刪除掉。例如，如果局域網(wǎng)內(nèi)的某臺(tái)計(jì)算機(jī)被另一臺(tái)計(jì)算機(jī)替換掉，而這臺(tái)新的計(jì)算機(jī)具有和原來那臺(tái)計(jì)算機(jī)不同的網(wǎng)卡，那么原先那臺(tái)計(jì)算機(jī)的局域網(wǎng)地址信息隨著時(shí)間的推移最終會(huì)被從網(wǎng)橋的橋接表里刪除掉。224.網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)采用網(wǎng)橋進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能夠克服許多集線器互聯(lián)具有的問題。首先，這種互聯(lián)結(jié)構(gòu)不僅能夠使多個(gè)不同部門（例如圖7.7中所示的軟件工程系、計(jì)算機(jī)系、網(wǎng)絡(luò)工程系三個(gè)系）之間的主機(jī)實(shí)現(xiàn)跨部門的通信，而且每個(gè)系級局域網(wǎng)網(wǎng)段都是一個(gè)獨(dú)立的沖突域。其次，與主干集線器互聯(lián)方式不同，使用網(wǎng)橋可以互聯(lián)不同的以太網(wǎng)技術(shù)，包括10Mbps以太網(wǎng)和100Mbps以太網(wǎng)。第三，當(dāng)使用網(wǎng)橋來互聯(lián)多個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段時(shí)，對于所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模沒有限制。從理論上講，甚至可以使用網(wǎng)橋互聯(lián)許許多多個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段，最終構(gòu)成一個(gè)覆蓋全球范圍的局域網(wǎng)。237.3.5路由器路由器（router）工作在OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），也被稱為第三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它是在網(wǎng)絡(luò)層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要設(shè)備，典型的路由器如圖7.8所示。

路由器可以互聯(lián)多個(gè)不同類型的網(wǎng)絡(luò)，例如可以用路由器連接多個(gè)不同數(shù)據(jù)傳輸速率或運(yùn)行在不同環(huán)境下的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。路由器是Internet的主要互聯(lián)設(shè)備，數(shù)量眾多的路由器系統(tǒng)構(gòu)成了Internet的主體框架。在Internet中，不同的兩個(gè)端系統(tǒng)（endsystem）通常并不是直接由單個(gè)通信鏈路直接彼此互連，它們往往是通過路由器這種中間交換設(shè)備間接地互聯(lián)在一起。路由器從其某個(gè)輸入通信鏈路上接收信息，然后將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給它的某個(gè)輸出通信鏈路。TCP/IP協(xié)議族里的IP協(xié)議（IPprotocol）定義了在路由器和端系統(tǒng)之間所發(fā)送和接收的信息的具體格式。從發(fā)送端端系統(tǒng)，經(jīng)過一系列的通信鏈路和路由器，最終到達(dá)接收端端系統(tǒng)，信息所經(jīng)過的途徑稱為路由（route）或者路徑（path）。從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)中如何選擇路由（或路徑）稱為路由選擇（routing）。路由選擇是路由器的核心功能，這也是路由器名稱的由來。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行互聯(lián)的樞紐設(shè)備，路由器的可靠性直接影響著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量，路由器的處理速度直接影響著網(wǎng)絡(luò)的通信效率。241.路由器的主要特點(diǎn)相對于前述的集線器和網(wǎng)橋等其他常見的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，路由器有以下三個(gè)主要特點(diǎn)：（1）工作在網(wǎng)絡(luò)層：本章7.3.3節(jié)所述的集線器工作在OSI參考模型的第一層（物理層），當(dāng)數(shù)據(jù)從某個(gè)端口傳入集線器時(shí)，集線器僅僅簡單地將該數(shù)據(jù)廣播發(fā)送到所有其他端口，它不具備任何對數(shù)據(jù)的智能處理能力。本章7.3.4節(jié)所述的網(wǎng)橋工作在OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）。相對于集線器，網(wǎng)橋更加智能一些，它能夠檢查數(shù)據(jù)幀內(nèi)所包含數(shù)據(jù)的源結(jié)點(diǎn)MAC地址和目的結(jié)點(diǎn)MAC地址，并使用橋接表在目的結(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)段和網(wǎng)橋端口之間建立映射。路由器工作在OSI參考模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），它比網(wǎng)橋更加智能一些。路由器能夠識(shí)別所接收的數(shù)據(jù)包中的目的結(jié)點(diǎn)的IP地址，如果該目的地址不屬于本地網(wǎng)絡(luò)則將該數(shù)據(jù)包通過路由選擇轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，如果該目的地址屬于本地網(wǎng)絡(luò)則不對其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。（2）能夠連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)：不同類型網(wǎng)絡(luò)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的大小和格式是不同的，數(shù)據(jù)從一種類型的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪环N類型的網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換。路由器具有不同類型網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換能力，因此路由器能夠連接不同類型的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，例如：以太網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等等。集線器和網(wǎng)橋沒有這種不同類型網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換能力，因此它們無法互聯(lián)不同類型的網(wǎng)絡(luò)。（3）路由選擇功能：數(shù)據(jù)從源結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康慕Y(jié)點(diǎn)存在許多可能的路徑，路由器能夠選擇合理、便捷、高效的路徑，從而減輕網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)通信資源，提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。路由器的這一特點(diǎn)也是集線器和網(wǎng)橋等一層和二層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備所不具備的。252.路由器的基本功能路由器是在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)對從源結(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)，選擇最佳的路由，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目的結(jié)點(diǎn)。宏觀地講，路由器主要完成兩方面的功能，即數(shù)據(jù)通道功能和控制功能。路由器的數(shù)據(jù)通道功能包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)決策、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等，這部分功能通常由特定的硬件完成。路由器的控制功能包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等，這部分功能一般由軟件實(shí)現(xiàn)。具體而言，路由器的基本功能有以下幾個(gè)方面：（1）網(wǎng)絡(luò)互連功能：路由器支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接口，可以互連局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互通信。（2）數(shù)據(jù)處理功能：路由器能夠?qū)?shù)據(jù)提供分組過濾、壓縮和解壓縮、加密和解密、防火墻等功能。（3）路由選擇功能：路由器能夠利用路由算法來建立和維護(hù)路由表，并根據(jù)路由表里的路由信息對數(shù)據(jù)包的下一傳輸目的地進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，為流經(jīng)路由器的數(shù)據(jù)選擇最佳的傳輸路徑。（4）網(wǎng)絡(luò)管理功能：路由器是有源的智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它能夠參與網(wǎng)絡(luò)管理。路由器能夠提供配置管理、性能管理、容錯(cuò)管理和流量控制等基本的網(wǎng)絡(luò)管理功能。263.路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了理解路由器的基本工作原理，我們先了解一下路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，典型的路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.9所示。一個(gè)典型的路由器通常由四個(gè)主要部分構(gòu)成，它們分別是：27（1）輸入端口（inputport）：路由器的輸入端口通常集中在路由器的線卡（linecard）上，一個(gè)線卡一般支持多個(gè)端口（4、8或16個(gè)）。一個(gè)路由器的輸入端口能夠完成多種功能。首先，輸入端口能夠終止輸入物理鏈路與路由器的連接，這是一個(gè)物理層的功能（圖7.9中輸入端口最左邊的扁平方框和輸出端口最右邊的扁平方框）。第二，輸入端口執(zhí)行與另一端的輸入鏈路進(jìn)行互操作所需的數(shù)據(jù)鏈路層功能（圖7.9中輸入端口和輸出端口中間的方框）。第三，路由器的輸入端口還執(zhí)行查找和轉(zhuǎn)發(fā)（lookupandforwarding）功能，從而能夠?qū)l(fā)給路由器交換結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的輸出端口（圖7.9中輸入端口最右邊的方框和輸出端口最左邊的方框）。對于控制分組（例如攜帶RIP等路由協(xié)議信息的分組），路由器直接將其從輸入端口轉(zhuǎn)發(fā)給路由處理器。（2）輸出端口（outputport）：路由器的輸出端口負(fù)責(zé)存儲(chǔ)經(jīng)由路由器交換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并將其傳輸給相應(yīng)的輸出鏈路。路由器的輸出端口與輸入端口執(zhí)行的是相反的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能。（3）交換結(jié)構(gòu)（switchingfabric）：路由器的交換結(jié)構(gòu)連接路由器的輸入端口和輸出端口。路由器的交換結(jié)構(gòu)完全包含在路由器之中，可以形象地稱之為一個(gè)包含在網(wǎng)絡(luò)路由器內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)。（4）路由處理器（routingprocessor）：路由處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行各種路由協(xié)議（例如RIP、OSPF等），維護(hù)路由器的路由表，完成路由器的各種網(wǎng)絡(luò)管理功能。28在上述四個(gè)部分中，交換結(jié)構(gòu)是路由器的核心，數(shù)據(jù)包通過交換結(jié)構(gòu)從路由器的一個(gè)端口傳輸?shù)搅硪粋€(gè)端口。在交換結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)包的交換可以通過內(nèi)存式數(shù)據(jù)交換、總線式數(shù)據(jù)交換以及交叉矩陣式數(shù)據(jù)交換等幾種方式完成。（1）內(nèi)存式數(shù)據(jù)交換（switchingviamemory）：最早出現(xiàn)的路由器，同時(shí)也是最簡單的路由器，其實(shí)就是一些普通的計(jì)算機(jī)，這些充當(dāng)路由器的計(jì)算機(jī)在其CPU的直接控制下完成數(shù)據(jù)在輸入端口和輸出端口之間的數(shù)據(jù)交換，計(jì)算機(jī)的CPU起到了路由處理器的作用。計(jì)算機(jī)的輸入端口和輸出端口和傳統(tǒng)操作系統(tǒng)下的普通I/O設(shè)備一樣工作。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)某個(gè)輸入端口時(shí)，該端口首先通過中斷通知路由處理器。之后，該數(shù)據(jù)包被從輸入端口復(fù)制到處理器的內(nèi)存中。接下來，路由處理器從數(shù)據(jù)包的頭信息（header）中提取出數(shù)據(jù)包的目的地址，據(jù)此在路由表中查找合適的輸出端口，并將該數(shù)據(jù)包復(fù)制到該輸出端口的緩沖區(qū)中。內(nèi)存式數(shù)據(jù)交換的基本結(jié)構(gòu)如圖7.10所示，圖中標(biāo)出了輸入端口和輸出端口的編號，例如“I1”表示路由器的第一個(gè)輸入端口，“O3”表示路由器的第三個(gè)輸出端口。在圖7.10中，從I3輸入端口流入路由器的數(shù)據(jù)包通過內(nèi)存交換方式轉(zhuǎn)發(fā)給O2輸出端口。許多現(xiàn)代的路由器仍然采用這種內(nèi)存式數(shù)據(jù)交換方式，它們與早期路由器的區(qū)別在于對目的地址的查找和數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)現(xiàn)在都是由集成在輸入線卡上的處理器完成的。29（2）總線式數(shù)據(jù)交換（switchingviaabus）：在這種數(shù)據(jù)交換方式中，輸入端口直接通過一個(gè)共享總線將數(shù)據(jù)包傳輸給輸出端口，不需要路由處理器的干預(yù)。共享總線式數(shù)據(jù)交換的基本結(jié)構(gòu)如圖7.11所示。在圖7.11中，從I3輸入端口流入路由器的數(shù)據(jù)包通過總線交換方式轉(zhuǎn)發(fā)給O2輸出端口。盡管路由處理器不參與總線數(shù)據(jù)傳輸過程，但是，由于該總線是一個(gè)共享總線，在同一時(shí)刻只能有一個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)過總線傳輸。如果一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由器的輸入端口時(shí)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)總線處于“忙”狀態(tài)（總線正用于發(fā)送另一個(gè)數(shù)據(jù)包），那么這個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)被阻塞，無法通過路由器的交換結(jié)構(gòu)，需要在路由器的輸入端口進(jìn)行排隊(duì)等候。由于流經(jīng)路由器的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都必須通過這個(gè)單一的共享總線，因此路由器的數(shù)據(jù)交換帶寬受制于該總線的數(shù)據(jù)傳輸速率。30（3）交叉矩陣式數(shù)據(jù)交換（switchingviacrossbar）：為了克服總線式數(shù)據(jù)交換方式對單一共享總線帶寬的局限，可以使用一種更加復(fù)雜的互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。人們借鑒以往在多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)中采用的互連多個(gè)處理器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，給出了交叉矩陣（crossbar）這種互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交叉矩陣式數(shù)據(jù)交換的基本結(jié)構(gòu)如圖7.12所示。在圖7.12中，從I3輸入端口流入路由器的數(shù)據(jù)包通過交叉矩陣轉(zhuǎn)發(fā)給O2輸出端口。對于一個(gè)具有N個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口的路由器，其交叉矩陣開關(guān)包含2N條總線，這些總線以一種交叉矩陣的結(jié)構(gòu)將路由器的輸入端口和輸出端口相互連接起來。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包從路由器的某個(gè)輸入端口流入路由器時(shí)，該數(shù)據(jù)包首先沿著與輸入端口連接的水平總線傳輸，直至與導(dǎo)向目的輸出端口交叉的垂直總線。此時(shí)，如果導(dǎo)向目的輸出端口的垂直總線處于空閑狀態(tài)，則該數(shù)據(jù)包被傳輸給相應(yīng)的輸出端口。如果該時(shí)刻導(dǎo)向目的輸出端口的垂直總線正忙于傳輸另一個(gè)輸入端口發(fā)送給這個(gè)目的輸出端口的數(shù)據(jù)包時(shí)，該數(shù)據(jù)包會(huì)被阻塞，必須在輸入端口排隊(duì)等待。314.路由選擇和路由表路由器的主要任務(wù)是為流經(jīng)路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)包尋找一條最佳的傳輸路徑，從而將數(shù)據(jù)有效地傳送到其目的結(jié)點(diǎn)。因此，為數(shù)據(jù)選擇最佳路徑的策略，即路由算法（routingalgorithm），是路由器的核心。為了完成路由選擇功能，路由器中保存著一張路由表（routingtable），路由表中記錄著多個(gè)與數(shù)據(jù)傳輸路徑相關(guān)的信息，供路由器在進(jìn)行路由選擇時(shí)使用。路由表中存有到達(dá)特定網(wǎng)絡(luò)終端的路徑，還含有網(wǎng)絡(luò)周邊的拓?fù)湫畔?。路由表中所包含的信息決定了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的策略。具體而言，路由表中保存著多行與數(shù)據(jù)傳輸路徑相關(guān)的路由項(xiàng)，每一項(xiàng)路由信息包括：目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼、網(wǎng)關(guān)、接口、躍點(diǎn)數(shù)等內(nèi)容。目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址和網(wǎng)絡(luò)掩碼用于定義可以到達(dá)的目的網(wǎng)絡(luò)的范圍。網(wǎng)關(guān)（gateway），也稱為下一跳服務(wù)器，它定義了針對特定的網(wǎng)絡(luò)目的地址，數(shù)據(jù)包應(yīng)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)所指定的服務(wù)器。接口（interface）是指到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)所需經(jīng)過本路由器的出口地址。路由器通過網(wǎng)關(guān)和接口這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器的路徑。躍點(diǎn)數(shù)（metric）表示路由的成本，一般是指到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)所需要經(jīng)過躍點(diǎn)（一個(gè)躍點(diǎn)代表經(jīng)過一個(gè)路由器）的數(shù)量。躍點(diǎn)數(shù)越高，表明路由成本越高；躍點(diǎn)數(shù)越低，表明路由成本越低。一般情況下，如果有多條到達(dá)相同目的地址的路由項(xiàng)，路由器會(huì)采用躍點(diǎn)數(shù)值較小的路由。路由器中的路由表從本質(zhì)上可以看做是由路由器內(nèi)置的硬件和軟件管理的一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫。家用路由器只需將所有的輸出流量簡單地轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的ISP（InternetServiceProvider）網(wǎng)關(guān)，后續(xù)的路由選擇步驟均由ISP的網(wǎng)關(guān)處理，因此家用路由器的路由表一般很小，通常不超過十行路由數(shù)據(jù)項(xiàng)。與之相比，Internet骨干網(wǎng)絡(luò)中的大型路由器由于必須維護(hù)大量的路由信息，因此其路由表可能包含多達(dá)數(shù)十萬行的路由數(shù)據(jù)項(xiàng)。32路由表的內(nèi)容既可以是系統(tǒng)事先設(shè)置好的，也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)流量變化動(dòng)態(tài)更新，據(jù)此可以把路由選擇分為靜態(tài)路由選擇和動(dòng)態(tài)路由選擇兩類：（1）靜態(tài)路由選擇（staticrouting）：靜態(tài)路由選擇也稱為非自適應(yīng)（nonadaptive）路由選擇，其路由決策不是基于對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量的測量或估計(jì)。從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)選擇什么路徑，這些路由選擇都是事先計(jì)算好的，靜態(tài)路由明確指定了數(shù)據(jù)包到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)所必須經(jīng)過的路徑。這些路由信息是離線（offline）形式的，由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理員在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí)加載到路由器上，除非網(wǎng)絡(luò)管理員進(jìn)行人工干預(yù)，否則靜態(tài)路由不會(huì)發(fā)生變化。由于靜態(tài)路由不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)流量的變化動(dòng)態(tài)做出調(diào)整，這種路由選擇方式通常用于規(guī)模較小并且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對固定的網(wǎng)絡(luò)。相對于動(dòng)態(tài)路由選擇方式，靜態(tài)路由選擇不會(huì)隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化而改變，因此其開銷相對較小。（2）動(dòng)態(tài)路由選擇（dynamicrouting）：動(dòng)態(tài)路由選擇也稱為自適應(yīng)（adaptive）路由選擇，是指路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的路由選擇機(jī)制，它能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡(luò)流量的變化動(dòng)態(tài)改變其路由決策。路由器根據(jù)路由協(xié)議提供的功能，自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況，自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂?。使用?dòng)態(tài)路由可以很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)流量的動(dòng)態(tài)變化。335.路由器的分類路由器有多種不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，通常路由器可以按照以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類：（1）按照功能分類：路由器可以分為接入級路由器、企業(yè)級路由器和骨干級路由器。接入級路由器位于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，端口數(shù)據(jù)傳輸速率較低，要求路由器具有較強(qiáng)的接入控制能力。企業(yè)級路由器的互聯(lián)對象為多個(gè)終端系統(tǒng)，功能較為簡單，數(shù)據(jù)流量較小。骨干級路由器通常數(shù)據(jù)流量較大，要求高性能和高可靠性，是企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的關(guān)鍵設(shè)備。（2）按照結(jié)構(gòu)分類：路由器可以分為模塊化路由器和非模塊化路由器。模塊化路由器可以實(shí)現(xiàn)路由器的靈活配置，適應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求。非模塊化路由器只能提供固定單一的端口。一般而言，高端路由器（數(shù)據(jù)包交換能力大于20Gbps）通常采用模塊化結(jié)構(gòu)，低端路由器（數(shù)據(jù)包交換能力小于1Gbps）往往采用非模塊化結(jié)構(gòu)。（3）按照所處的網(wǎng)絡(luò)位置分類：路由器可以分為邊界路由器和中間節(jié)點(diǎn)路由器。邊界路由器處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣。中間節(jié)點(diǎn)路由器處于網(wǎng)絡(luò)的中間，通常用于連接不同網(wǎng)絡(luò)，起到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的橋梁作用。346.路由器與網(wǎng)橋的比較從本質(zhì)上講，路由器是利用網(wǎng)絡(luò)層地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式數(shù)據(jù)包交換設(shè)備。雖然網(wǎng)橋也是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式數(shù)據(jù)包交換設(shè)備，但是它和路由器有本質(zhì)的區(qū)別，網(wǎng)橋利用MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，因此，路由器是第三層數(shù)據(jù)包交換設(shè)備，網(wǎng)橋是第二層數(shù)據(jù)包交換設(shè)備。盡管路由器和網(wǎng)橋從本質(zhì)上存在很大差別，但是網(wǎng)絡(luò)管理員常常需要在這兩種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備之間進(jìn)行選擇。比如，在圖7.7所示的由網(wǎng)橋連接構(gòu)成的局域網(wǎng)示例中，網(wǎng)絡(luò)管理員完全可以用一個(gè)路由器替代圖中學(xué)院級的頂層網(wǎng)橋，這種連接方式同樣可以在允許各系之間的進(jìn)行跨部門通信的同時(shí)保持三個(gè)沖突域（每個(gè)系一個(gè)沖突域）相互獨(dú)立。既然路由器和網(wǎng)橋都是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式互聯(lián)設(shè)備，那么應(yīng)該選用哪一種設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)呢？接下來，我們對路由器和網(wǎng)橋各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡要的分析比較。充分了解這兩種互聯(lián)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，可以幫助我們進(jìn)行合理的選擇。35首先，我們分析一下網(wǎng)橋的優(yōu)缺點(diǎn)。相對于路由器，網(wǎng)橋主要有兩方面的優(yōu)點(diǎn)。第一，網(wǎng)橋是一種即插即用式設(shè)備，這一優(yōu)點(diǎn)深受網(wǎng)絡(luò)管理員的喜愛。第二，網(wǎng)橋的數(shù)據(jù)包過濾和轉(zhuǎn)發(fā)速率通常較高。如圖7.13所示，網(wǎng)橋只需要在網(wǎng)絡(luò)參考模型（本書第三章所介紹的混合參考模型）中的最下面兩層（物理層和鏈路層）對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，而路由器需要在網(wǎng)絡(luò)參考模型中的下面三層（物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層）對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。顯然，相對于網(wǎng)橋，路由器的數(shù)據(jù)包過濾和轉(zhuǎn)發(fā)速率通常較低。網(wǎng)橋的不足之處主要有三個(gè)方面。第一，為了避免數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)傳輸，網(wǎng)橋采用生成樹協(xié)議（spanningtreeprotocol）?；诰W(wǎng)橋構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)由于生成樹協(xié)議的限制，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅限于生成樹這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這意味著，即使在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間存在更加直接的路徑，所有的數(shù)據(jù)幀仍然必須按照生成樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸。第二，由于生成樹協(xié)議的限制，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量都集中在生成樹中的連接上，其實(shí)這些數(shù)據(jù)流量完全可以由網(wǎng)絡(luò)原始拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的其他連接分擔(dān)。第三，網(wǎng)橋不能對廣播風(fēng)暴（broadcaststorm）對網(wǎng)絡(luò)的破壞提供任何保護(hù)。當(dāng)一個(gè)失控主機(jī)不斷地發(fā)送廣播數(shù)據(jù)幀時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)所有這些數(shù)據(jù)幀，廣播數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)內(nèi)大量復(fù)制傳播，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降甚至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。36其次，我們分析一下路由器的優(yōu)缺點(diǎn)。相對于網(wǎng)橋，路由器主要有三方面的優(yōu)點(diǎn)。第一，由于沒有網(wǎng)橋的生成樹協(xié)議限制，路由器不必局限于原始網(wǎng)絡(luò)的生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以使用源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)之間的最佳路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第二，由于路由器沒有生成樹協(xié)議限制，因此可以使用路由器構(gòu)建更為豐富多樣的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第三，路由器能夠針對第二層的廣播風(fēng)暴提供相應(yīng)的防火墻保護(hù)。相對于網(wǎng)橋，路由器主要有兩方面的不足之處。第一，路由器不是即插即用式設(shè)備，路由器以及連接到路由器上的主機(jī)必須對其IP地址進(jìn)行配置。第二，由于要處理數(shù)據(jù)包內(nèi)直至第三層協(xié)議的字段，路由器對每個(gè)數(shù)據(jù)包的處理時(shí)間通常比網(wǎng)橋更長，如圖7.13所示。綜上所述，網(wǎng)橋和路由器各有利弊。那么，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，一個(gè)單位（比如一個(gè)大學(xué)的校園網(wǎng)或者一個(gè)公司的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)）如何在這兩種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備之間進(jìn)行選擇呢？一般而言，小型的網(wǎng)絡(luò)僅包含幾百臺(tái)主機(jī)，只有幾個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)段，對于這類小型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)橋就足以勝任。使用網(wǎng)橋構(gòu)建小型網(wǎng)絡(luò)，可以使通信流量集中在本地，提高總吞吐量，并且不需要進(jìn)行任何IP地址配置。對于包含數(shù)以千計(jì)主機(jī)的較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，除了網(wǎng)橋之外，通常在其網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)路由器，這些大型網(wǎng)絡(luò)中的路由器能夠更好地隔離通信流量，對廣播風(fēng)暴進(jìn)行控制，并且在網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)之間采用更加智能的路徑。377.3.6網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)（gateway）是在傳輸層及其以上各層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)備。從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間要經(jīng)過一扇門，同樣地，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息也要經(jīng)過一道“關(guān)口”，這道關(guān)口就是網(wǎng)關(guān)。換言之，網(wǎng)關(guān)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”。此處的“不同”有兩方面的含義，一是指網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議不一樣，二是指底層的物理網(wǎng)絡(luò)不一樣。1.