计算机网络（本科）第六章 网络互连及设备

网络互连及设备第六章主要内容互连设备网络路由1、互连设备中继器（repeater）网桥（bridge）交换机路由器（router）网关（gateway）网络互连概述网络互连需求扩大资源共享范围实现分布式网络计算（多方合作设计）部署大范围的应用（文档管理，email通信）网络连接设备网络内部连接－网络设备网际连接－互联设备LAN－LANLAN－WAN网络互连概述网络互连的原则对原有网络的硬件和软件或者网络结构和协议不应作太大的修改。执行网络互连的部件应当具有协调子网不同特性的能力。例如：编址方案、分组大小、访问机制和协议转换等。不应为提高网络之间传输的性能而影响各个子网内部的传输功能和性能。网络互连概述网络互连因素考虑连接设备网络设备V.SOSI层次模型中继器－Repeater(Hub)（1）目的：延伸网段。过程：信号（含噪声）的接收和整形。形式：电缆延伸、光电转换等。特点：通过转发器互连的设备处于同一广播域。

中继器－Repeater（2）信号复制中继器（3）信号整形(增强）Hub（4）光纤双绞线细缆粗缆集线器转发器堆叠式集线器网桥－Bridge（1）目的：实现子网内冲突域的划分 不同子网之间的互连功能：网络层以下协议转换，帧格式转 换，速率匹配，地址过滤，差错处 理，存储转发特点：工作于数据链路层，可以连接不 同的网络

网桥－Bridge（2）

网桥网段1网段2OSI高层NDL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高层NDL2Ph2网桥－Bridge（3）MAC帧头数据校验码MAC帧头转换新MAC帧头数据新校验码EthernetFDDI网桥－Bridge（4）分类简单网桥：地址表全部由人工输入。透明网桥(transparentbridge)或生成树网桥(spanningtreebridge)全自动工作模式，对终端完全透明源路由网桥(sourcerouting)对终端不透明，由终端进行路由的发现透明网桥（5）地址学习－逆向学习法(backwardlearning)地址广播地址学习地址查找地址表更新透明网桥－地址表（6）透明网桥－地址学习（7）网段1网段2网段3网段40012345604125456101738561017385A501C3dD5650173E56508C3dD5B50873EA6MAC地址端口地址映射表：00123456网段150873EA6,0012345650873EA6网段400123456,50873EA61017385A网段2………10173846,1017385A对吗?透明网桥－环路处理（8）网桥环路的产生管理出错多个网桥增加冗余链路，增加可靠性MACPORTA1A2B2B1B1B2BA1122MACPORTA1A2B2B1B1表B2表透明网桥－环路处理（9）环路的特点引起站点之间有多条通路造成地址映射表冲突可能引起分组循环环路的处理LAN网络抽象——〉图的处理生成树（spanningtree）算法，所产生的生成树是覆盖所有节点的无环子图。透明网桥－环路处理（10）生成树（spanningtree)算法的特点分布式动态（处于不断构建之中，新加入或故障）生成树（spanningtree)算法的目的消除环路任意两个互联的子网（网段）之间路径唯一透明网桥－环路处理（11）生成树算法原理网桥具有网桥标识和端口（网段）编号；端口可设置“转发”、“阻塞”状态。选择一网桥作为树根，①根网桥（指定或最小地址的桥）周期性（1-4s）发出Hello广播报文；②所有网桥记录并转发该报文；③多个桥向同一网段转发该报文时，小地址桥的端口置为“转发”状态，其它桥的相应端口可置为“阻塞（不转发）”；④保证每个网段都（仅）有一个桥（端口）负责转发；⑤当同一桥的多个端口冲突时，阻塞编号较高的端口。⑥最终形成一个面向根节点（根网桥）的转发非循环树。透明网桥－环路处理（12）231456ABCDEFG透明网桥－环路处理（12）231456ABCDEFG231456ABCDEFG源路由网桥（13）假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一LAN上，当发送一帧到另外的LAN时，源机器将目的地址的高位设置成1作为标记。在帧头加进此帧应走的实际路径。网桥根据标注的路径进行转发。源路由的查找查找帧(discoveryframe)交换机（1）交换机是特殊的网桥交换机连接同构的网段（子网）独享带宽划分冲突域交换机（2）100M交换器10M交换器10M交换器100M100M10MHubHub网段网段子网子网交换机-VLAN（3）目的：将不同物理网段上的节点划分为逻辑工作组特点：方便节点的移动、增加和删除划分方法按照交换机端口进行划分按照主机MAC地址进行划分按照主机IP地址进行划分交换机-VLAN（4）(port)

(MAC)(IP)有何不同?zw2-1>showvlanVLANNameStatusPorts---------------------------------------------------------------------------1defaultactive100ggqactiveGi1/0/1,Gi1/0/2,Gi1/0/3Gi1/0/4,Gi1/0/5,Gi1/0/6Gi1/0/7,Gi1/0/8,Gi1/0/26200wgxactiveGi1/0/11,Gi1/0/12,Gi1/0/13Gi1/0/14,Gi1/0/15,Gi1/0/16300ljzactiveGi1/0/17,Gi1/0/18,Gi1/0/19Gi1/0/20,Gi1/0/21,Gi1/0/22Gi1/0/23,Gi1/0/24,Gi1/0/27Gi1/0/28540VLAN0540activeGi1/0/9,Gi1/0/101002fddi-defaultact/unsup1003token-ring-defaultact/unsup1004fddinet-defaultact/unsup1005trnet-defaultact/unsupVLANTypeSAIDMTUParentRingNoBridgeNoStpBrdgModeTrans1Trans2--------------------------------------------------------------------交换机-VLAN（6）VLAN之间的通信由路由器或者具有三层交换功能的交换机完成。三层交换机功能：是指具有路由功能的交换机，互联同构子网或网段，不需进行协议转换，是一种简化的路由器。三层交换机的特点：保持两层交换机的灵活性，同时通过硬件完成路由和交换功能，支持高速处理。路由器（Router）（1）功能网络内子网之间的互连同构(异构)网络之间的互连形成广域网运行路由算法/协议(RIP,OSPF,BGP)在输入链路到输出链路之间交换数据包工作于网络层访问控制网络管理路由器（Router）（2）

路由器子网1子网2OSI高层N1DL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高层N2DL2Ph2N1N2路由器（Router）（3）体系结构网络拥塞路由器（Router）（4）RoutingprotocolRoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsNetworkinformation路由处理路由器（Router）（5）交换模块路由器（Router）（6）物理层:bit-级接受数据链路层:如：以太网通过目的地址从路由表中查找输出接口如果数据报到达速率>转发速率，则需要排队输入端口路由器（Router）（7）输出端口如果从交换结构到达速率大于卡的发送速率，则需要排队路由器（Router）（8）路由协议静态路由动态路由RIP－距离向量协议OSPF－链路状态协议BGP－边界网关路由协议网关－Gateway功能高层协议的转换SMTPTCPIPLLCMACSTNDLPhA-MHSPSTNDLPhA-MHSPSMTPTCPIPLLCMAC网关2.网络路由技术网络互连应用2.网络路由技术通信子网构成形式网络路由技术问题解决路由器交换机路由网络路由技术路由行为－how寻径:即判定到达目的地的最佳路径，由路由协议和选择算法来实现，本过程产生路由表。转发（forward）:即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机）。Routerouting?Windows下的命令Routenetstat网络路由技术路由转发表的形式DestinationMASKNext-hopflagInterfaceUHlo0UGle055583UHGle083UGle0网络路由技术ActiveRoutes:DestinationNetmaskGatewayInterfaceMetric011001055155550010015555001DefaultGateway:主机终端路由实例网络路由技术路由表（routingtable）静态路由静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。网络路由技术路由表（routingtable）动态路由动态路由是路由器之间动态地传递路由信息，不断更新路由表的过程。它能实时地适应网络结构的变化，通过路由算法，更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。

网络路由技术静态路由与动态路由优先级在所有的路由中，静态路由优先级最高，当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。网络中动态路由通常作为静态路由的补充，当分组被路由时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。网络路由技术动态路由产生（D_routing）RoutingprotocolNetworkinfo.routingalgorithmUsenetworkinfo.Createroutes.RoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsRoutingprotocolOtherroutersNetworkinformationDifferentroutingmechanisms1

2

312

31

2

3USER11USER12USER13USER21USER22USER23

Router

PhysicallinkRouteTableDirectRouteRedirectRouteSpecificHostRouteSpecificNetworkRouteDefaultRouteRouteTableDestinationNetMaskNexthopFlagIFCtUHlo0UGle055583UHGle083UGle0prifixGatewayFlagIF\15UHlo0CIDR无类域间路由RoutingAlgorithmsRoutingalgorithmsShortestPathRoutingRoutingAlgorithmsDistanceVectorRouting(Bellman-Ford)RoutingProtocolIGPRIPOSPFEGPBGPRoutingProtocolRoutingProtocolRIP（Routeinformationprotocol）Rfc2453（ripv2）(forsmall&middlenetwork<16hops)Algorithm：distancevectoralgorithmProcedure:Every30seconds,theRIPprocessisawakenedtosendanunsolicitedResponsemessagecontainingthecompleteroutingtabletoeveryneighboringrouter.Comparetheresultingupdatedistanceswiththecurrentroutingtableentries.Ifthenewresultingdistanceissmallerthantheexistingvalue,adoptthenewroute.Iftheupdateristherouterfromwhichtheexistingroutecame,i.e.,thenusethenewmetricevenifitislargerthantheoldone.RoutingProtocolRIP-----Count-to-infinityExample:交换次数R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0-16Net0-16第1次Net0-1Net0R12Net0R111Net0-16第2次Net0-1Net0R12Net0R43Net0R43Here,16meansinfinity交换次数R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0R43Net0R43第1次Net0-1Net0R24Net0R43Net0R43第2次Net0-1Net0R24Net0R44Net0R44第3次Net0-1Net0R25Net0R44Net0R44……………Net0-1Net0R212Net0R111Net0R412在180s之内，R4没有收到邻居R1关于Net0的消息，则认为链路中断，距离置为16Problem:tworoutershaveroutespointingateachother.Thetwosolutionsasfollowing:"splithorizonwithpoisonedreverse""Splithorizon"isaschemeforavoidingproblemscausedbyincludingroutesinupdatessenttotherouterfromwhichtheywerelearned."Splithorizonwithpoisonedreverse“includessuchroutesinupdates,butsetstheirmetricstoinfinity."triggeredupdates"“Splithorizonwithpoisonedreverse”willpreventanyroutingloopsthatinvolveonlytworouters.However,itisstillpossible