计算机网络技术2016新版第7章网络互连

计算机网络技术2016新版第7章网络互连第一页，共54页。本章主要内容互连网络的基本概念；网络互连的类型和层次；网络互连的基本设备；广域网的一些技术，涉及到PSTN、X.25、DDN、ISDN、FR等。2第二页，共54页。互连网络的基本概念互连网络是指将分布在不同地理位置的网络、设备连接起来，以构成更大规模的网络，最大程度地实现网络资源的共享。网络连接网络互连网络互通3第三页，共54页。网络互连的类型网络互连的类型分以下几种：局域网—局域网互连同构网互连：具有相同协议的局域网互连；异构网互连：不同协议的局域网互连；局域网—广域网互连；广域网—广域网互连；网络互连需解决的问题处理互连网络的帧、分组、报文和协议的差异问题；4第四页，共54页。网络互连的类型网络互连从通信协议的角度来看可以分成四个层次：5第五页，共54页。物理层的互连在不同的电缆段之间复制位信号是物理层互连的基本要求。物理层的连接设备主要是中继器。中继器是最低层的物理设备，用于在局域网中连接几个网段，只起简单的信号放大作用，用于延伸局域网的长度。严格地说，中继器是网段连接设备而不是网络互连设备。6第六页，共54页。物理层的互连7第七页，共54页。数据链路层互连数据链路层互连要解决的问题是在网络之间存储转发数据帧。互连的主要设备是网桥。网桥在网络互连中起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，它用来实现多个网络系统之间的数据交换。用网桥实现数据链路层互连时，允许互连网络的数据链路层与物理层协议是相同的，也可以是不同的。8第八页，共54页。数据链路层互连9第九页，共54页。网络层互连网络层互连要解决的问题是在不同的网络之间存储转发分组。互连的主要设备是路由器。网络层互连包括路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等。如果网络层协议相同，则互连主要是解决路由选择问题。如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器。用路由器实现网络层互连时，允许互连网络的网络层及以下各层协议是相同的，也可以是不同的。10第十页，共54页。11第十一页，共54页。高层互连传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连。实现高层互连的设备是网关。高层互连使用的网关很多是应用层网关，通常简称为应用网关。如果使用应用网关来实现两个网络高层互连，那么允许两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的。12第十二页，共54页。13第十三页，共54页。网络互连设备——网桥应用场合在一个单位内各个部门之间的局域网互连；在一个企业或校园，有上千台计算机需要连网；连网计算机之间的距离超过了单个局域网的最大覆盖范围；网桥工作在数据链路层，可以实现局域网互联，并在两个局域网网段之间对数据链路层帧进行接收、存储与转发，把两个物理网络连接成一个逻辑网络；14第十四页，共54页。网桥的特点特点：使用网桥互连两个网络时，必须要求每个网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。网桥互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。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，并实现大范围局域网的互连。网桥可以分隔两个网络之间的通信量，有利于改善互连网络的性能。缺点：由于网桥处理其接收到的数据，增加了时延，降低了网络性能；网桥传递所有的广播；网桥的成本比转发器高；15第十五页，共54页。网桥分隔两个网络的通信量16第十六页，共54页。不同MAC子层的局域网的连接AFE网桥1DCBHGKIJ网桥3网桥2802.3802.3802.5802.417第十七页，共54页。网桥转发所有广播数据18第十八页，共54页。网桥的分类一根据介质访问控制协议的不同，网桥可分四种：透明网桥源路由网桥转换式网桥源路由透明网桥19第十九页，共54页。网桥的分类二本地网桥用于直接连接两个相距很近的LAN，通过网桥划分网段以提高网络性能。远程网桥用来连接两个远距离的网络，通常可以利用公用网连接分布在不同地理位置的网桥，以形成单个大型的网络（远程网桥也可通过路由器来实现）。20第二十页，共54页。网桥的分类三级联和多端口网桥21第二十一页，共54页。路由器（Router）路由器的工作原理22第二十二页，共54页。路由器的特点特点路由器是在网络层上实现多个网络之间互连的设备；路由器为两个或三个以上网络之间的数据传输解决最佳路径选择；路由器与网桥的区别：网桥独立于高层协议，它把几个物理子网连接起来，向用户提供一个大的逻辑网络。路由器则是从路径选择角度为逻辑子网的节点之间的数据传输提供最佳的路线；路由器要求节点在网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。

23第二十三页，共54页。路由器的基本功能连接功能网络地址判断最佳路由选择数据处理功能24第二十四页，共54页。路由器的相关概念静态路由动态路由路由表路由协议路由信息协议RIP开放最短路径优先OSPF25第二十五页，共54页。路由器的分类单协议和多协议路由器26第二十六页，共54页。路由器的分类桥路由器（Brouters）27第二十七页，共54页。路由器的分类本地和远程路由器28第二十八页，共54页。网关（Gateway）网间协议变换器实现不同协议的网络之间的互连，包括不同网络操作系统的网络之间互连，实现局域网与远程网之间的互连。网关一般用于不同类型、差别较大的网络系统之间的互连。又可用于同一个物理网而在逻辑上不同的网络之间互连，还可用于不同大型主机之间和不同数据库之间的互连。29第二十九页，共54页。7.2 网络互连协议（1）在网络层，Internet可以看成是自治系统的集合，是由网络组成的网络。

网络之间互连的纽带是IP（InternetProtocol）协议。7.2.1因特网网络层协议30第三十页，共54页。7.2 网络互连协议（2）7.2.1.1 IP协议IP头格式IP头包括20个字节的固定部分和变长（最长40字节）的可选部分，从左到右传输；版本域（version）；IHL：IP包头长度，最小为5，最大为15，单位为32-bitword；31第三十一页，共54页。7.2 网络互连协议（3）服务类型域（TypeofService）3个优先级位；3个标志位：D（Delay）、T（Throughput）、 R（Reliability）；2个保留位；目前，很多路由器都忽略服务类型域。总长度域（Totallength）标识域（Identification）DF：Don’tFragment；所有机器必须能够接收小于等于576字节的段。MF：MoreFragments除最后一个段外的所有段都要置MF位。32第三十二页，共54页。7.2 网络互连协议（4）段偏移量（Fragmentoffset）除最后一个段外的所有段的长度必须是8字节（基本段长）的倍数。ID=xoffset=0fragflag=0length=4000ID=xoffset=0fragflag=1length=1500ID=xoffset=1480fragflag=1length=1500ID=xoffset=2960fragflag=0length=1040Onelargedatagrambecomesseveralsmallerdatagrams33第三十三页，共54页。7.2 网络互连协议（5）生存期（Timetolive）实际实现中，IP包每经过一个路由器TTL减1，为0则丢弃，并给源主机发送一个告警包。协议域（Protocol）：上层为哪种传输协议，TCP、UDP…头校验和（Headerchecksum）只对IP包头做校验；算法：每16位求反，循环相加（进位加在末尾），和再求反；有简单算法。源地址（Sourceaddress）和目的地址（Destinationaddress）34第三十四页，共54页。7.2 网络互连协议（6）选项（Options）变长，长度为4字节的倍数，不够则填充，最长为40字节；35第三十五页，共54页。7.2 网络互连协议（7）IP地址（IPAddress）地址组成：网络号+主机号；Fig.5-47地址表示采用用点分隔的十进制表示法，如166.111.68.3；全0和全1有特殊含义全0：表示本网络或本主机；全1：表示广播地址；Fig.5-48子网（Subnets）分而治之的思想：为了便于管理和使用，可以将网络分成若干供内部使用的部分，称为子网。对外界，该网络还是一个单独的网络。Fig.5-4936第三十六页，共54页。7.2 网络互连协议（8）37第三十七页，共54页。7.2 网络互连协议（9）38第三十八页，共54页。7.2 网络互连协议（10）39第三十九页，共54页。7.2 网络互连协议（11）7.2.1.2Internet控制协议Internet控制报文协议ICMP（TheInternetControlMessageProtocol）主要用来报告出错和测试；报文类型ICMP报文封装在IP包中。40第四十页，共54页。7.2 网络互连协议（12）地址解析协议ARP（TheAddressResolutionProtocol）解决网络层地址（IP地址）与数据链路层地址（MAC地址）的映射问题；Fig.5-51工作过程建立一个ARP表，表中存放（IP地址，MAC地址）对；若目的主机在同一子网内，用目的IP地址在ARP表中查找，否则用缺省网关的IP地址在ARP表中查找。若未找到，则发送广播包，目的主机收到后给出应答，ARP表增加一项；每个主机启动时，广播它的（IP地址，MAC地址）映射；ARP表中的表项有生存期，超时则删除。41第四十一页，共54页。7.2 网络互连协议（13）42第四十二页，共54页。7.2 网络互连协议（14）反向地址解析协议RARP（TheReverseAddressResolutionProtocol）解决数据链路层地址（MAC地址）与网络层地址（IP地址）的映射问题；主要用于无盘工作站启动；缺点：由于路由器不转发广播帧，RARP服务器必须与无盘工作站在同一子网内。一种替代协议BOOTP（使用UDP）。7.2.2X.75协议（自学）X.25网络的网络互连标准43第四十三页，共54页。7.2 网络互连协议（15）7.2.3 IPv6IPv6的提出CIDR仅仅是一种临时补救措施，不能从根本上解决IP地址空间匮乏的问题；移动电话、家电上网等需要大量的IP地址；1990年，IETF开始IPv6的工作，收到21个建议；1992年，7个建议被讨论；1993年，3个比较好的建议发表在IEEE网络上，进一步讨论、修改、结合后，形成IPv6；IPv6与IPv4不兼容，但与其它因特网协议兼容，如TCP、UDP、OSPF、边界网关协议、DNS等，但实际上还是需要开发另外一套协议栈。44第四十四页，共54页。7.2 网络互连协议（16）IPv6的目标即使在不能有效分配地址空间的情况下，也能支持数十亿的主机；减少路由表的大小；简化协议，使得路由器能够更快的处理包；提供比IPv4更好的安全性；更多的关注服务类型，特别是实时数据；支持多点传送；支持移动功能；协议具有很好的可扩展性；增强安全性在一段时间内，允许IPv4与IPv6共存。45第四十五页，共54页。7.2 网络互连协议（17）与IPv4相比，IPv6的主要变化地址变长，由32位变成128位；IP头简化，由13个域减少为7个域，提高路由器处理速度由于IPv6包头定长，取消IHL域；协议域取消，用下一个首领域表示；取消与分段有关的域，IPv6采用不同的分段方法：所有主机和路由器必须支持576字节的包，当主机发送一个大包时，路由器不做分段，而是给主机发一个错误信息，由主机做分段；取消Checksum域。更好的支持选项功能；安全性提高；更注重服务类型。46第四十六页，共54页。7.2 网络互连协议（18）IPv6包头Fig.5-56Version，值为6；Priority，用来区分源端可以流控或不能流控的包，值0~7表示发生拥塞时源端可以降速，值8~15表示发送速率固定的实时负载，值越小优先级越低；

Flowlabel，用来允许源和目的建立一条具有特殊属性和需求的伪连接；Payloadlength，用来指示IP包中40字节包头后面部分的长度，与IPv4的totallength域不同；Nextheader，指示扩展包头，若是最后一个包头，则指示传输协议类型（TCP/UDP）；Hoplimit，IP包的生存时间；Sourceaddress，destinationaddress，16字节定长地址47第四十七页，共54页。48第四十八页，共54页。7.2 网络互连协议（19）IPv6地址表示16字节地址表示成用冒号（:）隔开的8组，每组4个16进制位，例如， 8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF由于有很多“0”，有三种优化表示打头的“0”可以省略，0123可以写成123；一组或多组16个“0”可以被一对冒号替代，但是一对冒号只能出现一次。上面的地址可以表示成 8000::123:4567:89AB:CDEFIPv4地址可以写成一对冒号和用“.”分隔的十进制数，例如 ::192.31.20.4649第四十九页，共54页。7.2 网络互连协议（20）扩展包头目前定义了六种类型的扩展包头