网络技术基础第六章

1、第六章第六章 网络互连技术网络互连技术 本章学习要点：本章学习要点： 网络互连的基本概念网络互连的基本概念 网络互连的类型和层次网络互连的类型和层次 典型网络互连设备典型网络互连设备 路由协议路由协议 路由器的配置路由器的配置 6.1 网络互连的基本概念网络互连的基本概念6.1.1 网络互连概述网络互连概述1. 网络互连的概念网络互连的概念 网络互连网络互连是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的单个网络通过网络互连设备进行连接，使之成为一个更大规模的互连单个网络通过网络互连设备进行连接，使之成为一个更大规模的互连网络系统，以实现更大

2、范围的数据通信和资源共享。网络系统，以实现更大范围的数据通信和资源共享。 2. 网络互连的优点网络互连的优点l 扩大资源共享的范围扩大资源共享的范围 将多个计算机网络互连起来就构成了一个更大的网络将多个计算机网络互连起来就构成了一个更大的网络Internet。在在Internet上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且Internet上的资源也可以被更多的用户所共享上的资源也可以被更多的用户所共享 l 提高网络的性能提高网络的性能 总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据发送延迟会显著总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据发送延迟会

3、显著增大，网络性能也会随之降低。但如果采用子网自治以及子网互连的增大，网络性能也会随之降低。但如果采用子网自治以及子网互连的方法就可以缩小冲突域，有效提高网络性能。方法就可以缩小冲突域，有效提高网络性能。 l 降低连网的成本降低连网的成本 当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采用主机先行联网（构成局域网），再通过网络互连技术和其它网络连用主机先行联网（构成局域网），再通过网络互连技术和其它网络连接的方法，这样可以大大降低连网成本。接的方法，这样可以大大降低连网成本。 l 提高网络的安全性提高网络的安全性 将具有相同权

4、限的用户主机组成一个网络，在网络互连设备上严格将具有相同权限的用户主机组成一个网络，在网络互连设备上严格控制其它用户对该网的访问，从而可以实现提高网络的安全机制。控制其它用户对该网的访问，从而可以实现提高网络的安全机制。 l 提高网络的可靠性提高网络的可靠性 设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过子网的划分可以有效设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过子网的划分可以有效地限制设备故障对网络的影响范围。地限制设备故障对网络的影响范围。 6.1.2 网络互连的要求网络互连的要求l 能为不同子网之间的通信能为不同子网之间的通信提供路径选择和数据交换功能。提供路径选择和数据交换功能。l 在不修改互

5、连在一起的各网络原有结构和协议的基础上，能够利在不修改互连在一起的各网络原有结构和协议的基础上，能够利用网间互连设备来协调和适配各个网络之间的差异。用网间互连设备来协调和适配各个网络之间的差异。l 应考虑虚拟网络的划分、不同子网的差错恢复机制对全网的影响、应考虑虚拟网络的划分、不同子网的差错恢复机制对全网的影响、不同子网的用户接入限制以及通过互连设备对网络的流量控制等不同子网的用户接入限制以及通过互连设备对网络的流量控制等问题。问题。l 尽量避免为提高网络之间的传输性能而影响各个子网内部的传输功尽量避免为提高网络之间的传输性能而影响各个子网内部的传输功能和传输性能。能和传输性能。返回本节首页返

6、回本节首页返回本章首页返回本章首页6.2 网络互连的类型和层次网络互连的类型和层次6.2.1 网络互连的类型网络互连的类型 目前，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网目前，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网3种。因此，种。因此，网络互连的类型主要有以下几种。网络互连的类型主要有以下几种。1. 局域网局域网局域网互连（局域网互连（LANLAN） l 在实际的网络应用中，局域网在实际的网络应用中，局域网局域网互连是最常见的一种，如图局域网互连是最常见的一种，如图6-1所示。所示。图图6-1 局域网局域网局域网互连示意图局域网互连示意图l 局域网局域网局域网互连一般又可分为局域网互连一般又

7、可分为同种局域网互连同种局域网互连（比如两（比如两个以太网间的互连）和个以太网间的互连）和异种局域网互连异种局域网互连（比如一个以太网和（比如一个以太网和一个令牌环网的互连）两种。一个令牌环网的互连）两种。 2. 局域网局域网广域网互连（广域网互连（LANWAN） 局域网局域网广域网互连也是常见的网络互连方式之一，如图广域网互连也是常见的网络互连方式之一，如图6-2所示。所示。局域网局域网广域网互连一般可以通过路由器（广域网互连一般可以通过路由器（Router）或网关）或网关（Gateway）来实现。）来实现。图图6-2 局域网局域网广域网互连示意图广域网互连示意图 3. 局域网局域网广域网广

8、域网局域网互连（局域网互连（LANWANLAN） 局域网局域网广域网广域网局域网互连可以通过路由器和网关来实现，如局域网互连可以通过路由器和网关来实现，如图图6-3所示。所示。图图6-3 局域网局域网广域网广域网局域网互连示意图局域网互连示意图 4广域网广域网广域网互连（广域网互连（WANWAN） 广域网与广域网之间的互连可以通过路由器和网关来实现，如图广域网与广域网之间的互连可以通过路由器和网关来实现，如图6-4所示。所示。图图6-4 广域网广域网广域网互连示意图广域网互连示意图6.2.2 网络互连的层次网络互连的层次l 物理层互连物理层互连 物理层互连的设备是物理层互连的设备是中继器中继器

9、。中继器在物理层互连中起到的作用是。中继器在物理层互连中起到的作用是将一个网段传输的数据信号进行放大和整形，然后发送到另一个网段将一个网段传输的数据信号进行放大和整形，然后发送到另一个网段 上，克服信号经过长距离传输后引起的衰减。上，克服信号经过长距离传输后引起的衰减。l 数据链路层互连数据链路层互连 数据链路层互连的设备是数据链路层互连的设备是网桥网桥。网桥一般用于互连两个或多个同一。网桥一般用于互连两个或多个同一类型的局域网，其作用是对数据进行存储和转发，并且能够根据类型的局域网，其作用是对数据进行存储和转发，并且能够根据MAC地址对数据进行过滤，以实现多个网络系统之间的数据交换。地址对数

10、据进行过滤，以实现多个网络系统之间的数据交换。l 网络层互连网络层互连 网络层互连的设备是网络层互连的设备是路由器路由器。网络层互连主要是解决路由选择、拥。网络层互连主要是解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。塞控制、差错处理与分段技术等问题。l 高层互连高层互连 实现高层互连的设备是实现高层互连的设备是网关网关。高层互连是指传输层以上各层协议不。高层互连是指传输层以上各层协议不同的网络之间的互连，高层互连所使用的网关大多是应用层网关，或同的网络之间的互连，高层互连所使用的网关大多是应用层网关，或称为应用程序网关（称为应用程序网关（Application Gateway）。）。 返

11、回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页6.3 典型网络互连设备典型网络互连设备 网络互连的目的是为了实现网络间的通信和更大范围的资源共享。网络互连的目的是为了实现网络间的通信和更大范围的资源共享。但是不同的网络所使用的通信协议往往也不相同，因此网络间的通信但是不同的网络所使用的通信协议往往也不相同，因此网络间的通信必须要依靠一个中间设备来进行协议转换，这种转换既可以由软件来必须要依靠一个中间设备来进行协议转换，这种转换既可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。但是由于软件的转换速度较慢，因此，实现，也可以由硬件来实现。但是由于软件的转换速度较慢，因此，往往都使用硬件来完成不同协议间的转换

12、，这种设备就叫往往都使用硬件来完成不同协议间的转换，这种设备就叫网络互连设网络互连设备备。常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器和网关等。常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器和网关等。 6.3.1 中继器（中继器（Repeater） 1. 中继器的功能和特点中继器的功能和特点 l 中继器中继器是最简单的网络设备，它工作在是最简单的网络设备，它工作在OSI参考模型的最低层参考模型的最低层物物理层，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。如图理层，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。如图6-5所示。所示。严格地说，中继器只是网段连接设备而不是网络互连设备，它严格地说，中继器只

13、是网段连接设备而不是网络互连设备，它只能用来只能用来连接具有相同物理层协议的局域网。连接具有相同物理层协议的局域网。 图图6-5 中继器工作示意图中继器工作示意图 l 中继器在数据信号传输过程当中只起到一个放大电信号、延伸传输中继器在数据信号传输过程当中只起到一个放大电信号、延伸传输 介质、将一个网络的范围扩大的作用，它并不具备检错和纠错的功能。介质、将一个网络的范围扩大的作用，它并不具备检错和纠错的功能。 l 中继器既可用于连接相同传输介质的局域网（如细缆以太网之间的连中继器既可用于连接相同传输介质的局域网（如细缆以太网之间的连接），也可用于连接不同传输介质的局域网（如细缆以太网与双绞线以接

14、），也可用于连接不同传输介质的局域网（如细缆以太网与双绞线以太网之间的连接）。太网之间的连接）。 2. 集线器（集线器（HUB） l HUB是一种多端口的特殊中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤是一种多端口的特殊中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是组成介质以太网系统，是组成l0Base-T、100Base-T以太网的核心设备。以太网的核心设备。l HUB的使用起源于的使用起源于90年代初双绞线以太网标准的应用。年代初双绞线以太网标准的应用。HUB除了能除了能够进行信号的转发之外，它还克服了总线型网络的局限，够进行信号的转发之外，它还克服了总线型网络的局限， 大大增强了大大增强

15、了网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速的普及。网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速的普及。l HUB可分为：可分为：无源无源HUB、有源有源HUB和智能和智能HUB 无源无源HUB的功能是只负责将多段传输媒体连在一起，而不对信号本的功能是只负责将多段传输媒体连在一起，而不对信号本身作任何处理。身作任何处理。 有源有源HUB和无源和无源HUB相似，但它还具有信号放大、延伸网段的作用相似，但它还具有信号放大、延伸网段的作用。 智能智能HUB除具有有源除具有有源HUB的全部功能外，还将网络的很多功能集成的全部功能外，还将网络的很多功能集成到到HUB中。中。6.3.2 网桥（网桥（Bridge）1

16、网桥的功能和特点网桥的功能和特点 l 网桥是一种在网桥是一种在OSI参考模型的数据链路层实现局域网之间互连的设参考模型的数据链路层实现局域网之间互连的设备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网络，如图局域网络，如图6-6所示。所示。 图图6-6 网桥工作示意图网桥工作示意图 l 网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也可以基于不同类型网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也可以基于不同类型的标准，并且这些网络使用的传输介质也可以不同。的标准，并且这些网络使用的传输介质也可以不同。l 网桥以接收、存储、地址

17、过滤与转发的方式实现两个互连网络之间网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互连网络之间的通信，的通信，以次来达到减少局域网上的通信量，提高整个网络系统性能以次来达到减少局域网上的通信量，提高整个网络系统性能的目的，的目的，并实现大范围局域网的互连。并实现大范围局域网的互连。2. 网桥和中继器的比较网桥和中继器的比较 l 网桥可实现不同结构、不同类型局域网络的互连，并在不同的局域网桥可实现不同结构、不同类型局域网络的互连，并在不同的局域网之间提供转换功能。而中继器只能实现同类局域网的互连。网之间提供转换功能。而中继器只能实现同类局域网的互连。 l 网桥不受定时特性的限制，可互连范围较大的

18、网络。而中继器受网桥不受定时特性的限制，可互连范围较大的网络。而中继器受MAC定时特性的限制，一般只能连接定时特性的限制，一般只能连接5个网段的以太网，且不能超过一定距个网段的以太网，且不能超过一定距离。离。 l 网桥对其接收到的数据要进行处理，并要传递网络中所有的广播信网桥对其接收到的数据要进行处理，并要传递网络中所有的广播信号，因而增加了时延，降低了网络性能。号，因而增加了时延，降低了网络性能。l 网桥具有隔离错误信息，保证网络安全的作用。而中继器只能作为网桥具有隔离错误信息，保证网络安全的作用。而中继器只能作为 数字信号的整形放大器，并不具备检错、纠错功能。数字信号的整形放大器，并不具备

19、检错、纠错功能。3. 网桥的分类网桥的分类 （1）根据网桥连接的范围，分为本地网桥和远程网桥）根据网桥连接的范围，分为本地网桥和远程网桥 l 本地网桥本地网桥l 远程网桥远程网桥 主要用于直接连接两个相距很近的主要用于直接连接两个相距很近的LAN或或同一地理区域内的多个同一地理区域内的多个局域网段局域网段，以提高网络性能。，以提高网络性能。 主要用来连接两个远距离的网络或主要用来连接两个远距离的网络或不同区域内的局域网段不同区域内的局域网段，以形，以形成单个大型的网络成单个大型的网络，一般都需要使用公用电话网。，一般都需要使用公用电话网。l 外桥外桥l 内桥内桥 内桥安装在文件服务器中，实际上

20、就是插入的多块网卡，每个网卡内桥安装在文件服务器中，实际上就是插入的多块网卡，每个网卡与一子网相连，由网络操作系统管理。内桥的优点是安装方便，组网与一子网相连，由网络操作系统管理。内桥的优点是安装方便，组网灵活，但使用时网桥软件会占用文件服务器的资源，从而导致服务器灵活，但使用时网桥软件会占用文件服务器的资源，从而导致服务器性能下降。性能下降。 外桥是通过工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。外桥是通过工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。其优点是数据包的转发全由硬件来完成，速度比内桥快，并且也不会其优点是数据包的转发全由硬件来完成，速度比内桥快，并且也不会影响文件服务器的

21、性能，但是外桥需要增加额外的投资。影响文件服务器的性能，但是外桥需要增加额外的投资。 （2）根据网桥是运行在服务器上还是作为服务器外的一个单）根据网桥是运行在服务器上还是作为服务器外的一个单独物理设备，将网桥分为内桥和外桥独物理设备，将网桥分为内桥和外桥 l 源路由网桥源路由网桥 源路由网桥要求网络各结点都参与路由选择，详细的路由信息放在数源路由网桥要求网络各结点都参与路由选择，详细的路由信息放在数据帧的首部，这样网络上的每个结点在发送数据帧时，都已经清楚地知据帧的首部，这样网络上的每个结点在发送数据帧时，都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由了。理论上，源路由网桥能够选择最佳的数道发往各个目

22、的结点的路由了。理论上，源路由网桥能够选择最佳的数据传输路径。据传输路径。 （3）根据网桥的路径选择方法分为透明网桥和源路由网桥）根据网桥的路径选择方法分为透明网桥和源路由网桥l 透明网桥透明网桥 透明网桥网络主机完全是透明的。其优点是易于安装，在使用时不透明网桥网络主机完全是透明的。其优点是易于安装，在使用时不用做任何配置，桥就能正常工作。它能连接不同类型的以太网，但是用做任何配置，桥就能正常工作。它能连接不同类型的以太网，但是路由选择由各网桥自身来决定，网络上的各结点不负责路由选择，因路由选择由各网桥自身来决定，网络上的各结点不负责路由选择，因而不能获得最佳的数据传输路径。而不能获得最佳的

23、数据传输路径。 6.3.3 网关（网关（Gateway） 网关主要有以下一些功能和特点：网关主要有以下一些功能和特点：l 网关工作在网关工作在OSI参考模型的高层，即传输层到应用层，它既可是一参考模型的高层，即传输层到应用层，它既可是一个专用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。网个专用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。网 关一般用于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互连，关一般用于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互连，如图如图6-7所示。所示。 图图6-7 网关工作示意图网关工作示意图 l 网关不仅具有路由器的功能，而且其网关不仅具有路由

24、器的功能，而且其主要功能主要功能是实现异种网之间传输是实现异种网之间传输层以上的层以上的协议转换协议转换，它相当于语言交流中的翻译。，它相当于语言交流中的翻译。网关的协议转换总是网关的协议转换总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输和远程登录等。和远程登录等。l 网关网关一般有一般有传输网关传输网关和和应用程序网关应用程序网关两种。传输网关是在传输层连接两种。传输网关是在传输层连接两个网络的网关；应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。两个网络的网关；应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。

25、6.3.4 路由器（路由器（Bridge）1. 路由器的功能路由器的功能l 路由器工作在路由器工作在OSI参考模型的网络层，属于网络层的一种互连设备。参考模型的网络层，属于网络层的一种互连设备。如果两个网络的网络层协议相同，则主要是解决路由选择问题；如果如果两个网络的网络层协议相同，则主要是解决路由选择问题；如果协议不同，则主要是解决协议转换。一般说来，异种网络互连与多个协议不同，则主要是解决协议转换。一般说来，异种网络互连与多个子网互连都是采用路由器来完成的。如图子网互连都是采用路由器来完成的。如图6-8所示：所示： 图图6-8 路由器工作示意图路由器工作示意图 l 路由器的路由器的主要功能

26、主要功能是：为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传是：为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略，输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略，即路由算法是路由器的关键即路由算法是路由器的关键。l 每个路由器中都保存着一张每个路由器中都保存着一张路由表路由表，路由表中保存着子网的标志信，路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择息、网上路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择 时使用。路由表一般可分为时使用。路由表一般可分为静态路由表静态路由表和和动态路由表动态路由表

27、两种。两种。l 路由器除了完成路由选择外，还要完成对路由器除了完成路由选择外，还要完成对数据包的转发数据包的转发。当一个路。当一个路由器收到一个数据包后，它将根据数据包中的目的由器收到一个数据包后，它将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，地址查找路由表，并将此数据包送往对应端口。依次重复，直至数据包到达目的地。并将此数据包送往对应端口。依次重复，直至数据包到达目的地。l 路由器路由器的另一个重要功能是的另一个重要功能是充当数据包的过滤器充当数据包的过滤器，它将来自其它网，它将来自其它网络的不需要的数据包阻挡在网络之外，从而有效地减少了网络之间的络的不需要的数据包阻挡在网络之外，从而有效地减少

28、了网络之间的通信量，提高了网络的利用率。通信量，提高了网络的利用率。2. 路由器的工作原理路由器的工作原理具体细节请参照教材具体细节请参照教材P115的实例。的实例。3. 路由器的主要品牌路由器的主要品牌 l Cisco 1600系列路由器系列路由器 l 华为华为Quidway R1602 路由器路由器 l 3Com迷你型路由器迷你型路由器Office Connect NETBuilder 返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页 路由器为了判定到达目的地的最佳路径，主要依靠路由选择算法来路由器为了判定到达目的地的最佳路径，主要依靠路由选择算法来实现。路由协议实际上是指实现路由选择算法

29、的协议，常见的路由协实现。路由协议实际上是指实现路由选择算法的协议，常见的路由协议有议有路由信息协议路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）、）、开开放式最短路径优先协议放式最短路径优先协议（Open Shortest Path First，OSPF）和）和边界网关协议边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）等。）等。6.4 路由协议路由协议6.4.1 路由信息协议（路由信息协议（RIP） l RIP是最简单的路由协议，它采用距离向量算法来选择路由。是最简单的路由协议，它采用距离向量算法来选择路由。RIP收集所有可到达目的地

30、的不同路径，并且保存有关到达每个目的地收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，其余信息的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，其余信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻协议通知相邻的其它路由器。的其它路由器。l RIP协议的优点是简单、可靠，便于配置。但它只适用于小型的同协议的优点是简单、可靠，便于配置。但它只适用于小型的同构网络，并且该协议容易造成网络广播风暴。构网络，并且该协议容易造成网络广播风暴。 6.4.2 开放式最短路径优先协议（开放式最短路径优先协议（OSPF）l OSPF是一种基于链路状态的路由协议，它需要每个路由器向其同一是一种基于链路状态的路由协议，它需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息，包括所有接口信息、管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息，包括所有接口信息、量度和其它一些变量等。然后再根据一定的路由选择算法计算出到达量度和其它一些变量等。然后再根据一定的路由选择算法计算出到达每个站点的最短路径。每个站点的最短路径。 l OSPF有两种路由选择方式：区