网络互连与网间通信

网络互连与网间通信第1页，课件共110页，创作于2023年2月本章主要内容1网络互连概述网络互连的技术体制网络互连的主要技术2网络互连技术及互连设备物理同构互连与中继器链路同构互连与桥接器网络同构互连及其互连设备3网络互连实例因特网互连体系结构网际互连协议网间控制报文协议因特网新一代网际协议4网络互连新概念及技术第三层交换技术IP交换技术多协议标记交换技术

第2页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1928．1网络互连概述

将各种类型的同构或异构的物理网络互相连接起来，实现各种不同网络之间的通信和资源共享的技术称为网络互连技术。8．1．1网络互连的技术体制1．互连与互通的概念(1)网间连接(Internetworking)：指端到端(end-to-end)的网间通信。两个终端系统是通过中间网络系统实现通信的。(2)网络互连(Interconnection)——是指参与互连的各子网之间的互相连接，解决物理网络之间的异构性，产生一个对用户而言的单一的通信网络。

第3页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/193图8-1网间连接与网络互连的关系端系统之间通信中间网络通信系统(3)系统互通(Interworking)——“互通”是一种能力，而且是独立于连接形式的能力。这种能力不仅仅是指两端系统之间单纯的数据搬移，更重要的是还表现出一种“合作”关系。

第4页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1942．对网络互连的要求

(1)在网络之间提供一条连接的链路，至少应当有一条在物理上连接的链路以及对这条链路的控制规程。(2)在不同网络的进程之间能提供合适的路径以传输网间数据。(3)要有计费方面的服务，以便记录各个网络和网关设备的使用情况，并维护这个状态信息。(4)在提供以上的各种服务时，应尽可能不要对互连在一起的各个网络的体系结构进行修改。

第5页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1953．网络互连体制

异构网络互连首先要解决的是网络互连体系结构(即互连体制)和互连协议。一种互连体制就等于是一种互通策略。归纳起来，目前有两类能实现系统互通的网络互连体制，即:逐段法体制(hop-by-hopsystem)端—端法体制(end-to-endsystem)

第6页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/196图8-2互连体制的原理图

通过网关逐段进行协议间的转换，并不要求端系统间运行的协议一致要求两端系统执行完全相同的传送层和高层协议，沿途各个子网的都执行相同的网间协议(InternetProtocol，IP，又称网际协议)

端—端法互连体制全局寻址和独立路由,但只能提供无联结方式的网络服务第7页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1974．互连体制的比较与选择逐段法互连体制优点是：能充分利用各物理网络的服务功能和质量等级，简化传送控制，业务传输质量和可靠性高，运行费用低。缺点是：寻址开销大，路由不够灵活，可能要求协议变换，因而网关较复杂，研制费用高。

第8页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/198

端—端法互连体制优点是：全局寻址和独立路由，互连网络的坚固性和可靠性高；网关技术简单，成本低。由于大多数网络都提供数据报的无联结服务，所以适应面宽。其缺点是：只能提供无联结方式的网络服务，业务的传输质量必须由端系统的传送层服务来保证，增加了主机负荷和开发费用；对各互连网络的控制开销和运行费用较高。

第9页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/199互连体制选择原则及评价标准

(1)互连网络的透明性——从用户角度看，互连网络应与独立网络无本质的区别，它仅提供更多的用户与服务；

(2)互连网络的不透明性——从设计角度看，被互连的网络不同构时，互连网络应与各个独立网络有本质的区别；

(3)互连网络中各独立网络应尽量保持原网络结构和特性，不因互连而改变其完整的体系结构；

(4)互连设备应尽可能标准化、实用化，减少专用互连设备数量及不必要的开销等。

透过这些原则和标准可以看出，各独立网络是针对不同的特殊需要而提出的局部优化网络，而互连网络的目标是建立一个整体优化的网络，以提供更大范围的服务。

第10页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19108．1．2网络互连的主要技术

1．互连层次的选择及相关的互连设备

互连层次的选择选择原则是：

对于网络NETl和网络NET2，如果它们的第1层，第2层，……，直到第N-1层都是不相同的功能层(异构层)，但是它们的第N层，第N+1层，……都是完全相同的功能层(同构层)，或者能被改造(采用转换或汇聚方法，convertorconverge)成为完全相同的功能层，那么第N层就是最合适的互连实现层。第N层上的互连，称为第N层同构互连。

第11页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1911互连层对应的具体设备名称在网络互连时，网络之间通过一个网间连接设备(互连设备)相互连接起来的，这种互连设备实际上是设在网络与网络之间的“关卡”，故此统称为网关(Gateway)。

(1)物理层网关——转发器或中继器(Repeater)；(2)数据链路层网关——网桥或桥接器(Bridge)；(3)网络层网关——XX网关或路由器(Router)；(4)网络层以上的网关——网关机或信关机(GatewayHost)。

第12页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1912实际应用时应注意如下几点：(1)在满足服务功能的前提下，互连实现层尽可能选在较低的层次上，以便简化网关设备和提高网关运行效率；

(2)如果互连实现层是第N层，那么包括第N层在内的以上各功能层必须完全相同，才能实现网络互连和互通；而包括第N-I层在内的以下各功能层可以完全不同，以便容许连接更多的不同类型的独立子网；

(3)LAN-LAN间互连层多选择在物理层和数据链路层，分别采用转发器和桥接器作为网关设备：LAN-WAN间和WAN-WAN间互连层多选择在网络层，采用路由器作为网关设备；应用层网关仅用于极少有的特殊情况。

第13页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19132．

网间寻址

(1)惟一寻址

如图8-3(a)所示，这种寻址方式是给互连环境中每个端系统都分配一个惟一的全局地址。(2)组合寻址如图8-3(b)组合寻址方式是将一些与子网有关的信息（子网名称等），附加到子网内的所有系统地址中。(3)分级寻址如图8-3(c)所示，组合寻址方式也可适用于更为复杂的子网结构，例如单纯的树形结构。第14页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1914图8—3互连网络的寻址方式

第15页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19153．路由选择

子网内部的路由选择过程，称为直接路由；而在互连网络环境下的跨网络路由选择过程，称为间接路由。这两个等级上的路由选择过程，是彼此独立地工作的，各自都在自己的环境中利用自己的策略去工作。

路由服务有两种类型：

网络自主的：自主的路由服务负责选择路由和掌握用以决定路由选择的信息。系统采用这种路由选择方法时，只需要将互连网通信业务递交给第一个网关，而不用考虑网络的实际拓扑。

由端系统驱动：由端系统驱动路由选择的方法由于系统需要了解互连网络的拓扑结构，以便捉供一组所用的网关及相关子网号的列表，因而，系统要承受主要路由负担。第16页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19164．拥塞控制与流量控制

目前，人们在这一领域中己提出若干技术，包括输入缓冲限制、慢起动、扼阻分组、缓冲等级等。一旦发现对方已发生拥塞，就必须降低其发送速度，过一会儿再逐步提高。

第17页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19175．分片与重装

在互连网络中，由于各独立网络具有不同的最大允许分组长度，因而必须考虑将大分组继续分片以便通过具有较小分组长度限制的网络。分片的目的在于网络特性的匹配，以便尽可能利用各物理网络的完善功能来形成一个高效的互连网环境。片的重装可以在各独立的出口处重装，也可以把它们一直传送到目的网络出口再进行重装。重装问题在面向联结型网络中可以得到简化，原因在于数据片是按顺序到达的。而在无联结型网络中，应在数据片单元中增加片顺序信息，而且有时一个数据报可能被多次分片。由于数据片未必按顺序到达，这就增加了数据报重装的复杂性。

第18页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19188．2网络互连技术及互连设备

8．2．1物理同构互连与中继器1．物理同构互连原理

所谓物理同构是指各物理网络的功能和特性从物理层(第1层)开始以及以上的各层都完全相同，是在相同比特结构和信号形式基础上的互连。

第19页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1919物理同构互连原理

第20页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1920图8-4物理同构互连功能结构及举例

第21页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19213．集线器

不仅用它来连接集中的端设备，也可用它来互连局部范围的网络段。集线器与中继器的区别在于：虽然它也具有对信号的收发和处理功能，但集线器的转发机构所操纵和处理的对象是数据帧而不是比特信号。尽管它们存在这种差别，仍然属于物理层互连设备。

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。2．

中继器

第22页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1922中继器和集线器（Hub）对信号的处理第23页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19238．2．2链路同构互连与桥接器

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。第24页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1924图8-5链路同构互连功能结构及举例

第25页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19251．网桥的概念

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；第26页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1926网桥的功能网桥能够通过自学习功能，建立自己每个端口上的地址选择表，根据地址选择表实现过滤和转发，控制广播。一个网桥在刚开始启用时，它的站表是空的。所以，它对收到的第一个帧只能采用扩散式路由选择法，向所有的端口转发此帧(此帧进入的端口除外)。网桥在这样的转发过程中通过不断地自学习和记忆功能逐渐将其站表建立起来。

第27页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1927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从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拓扑结构、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。网桥可以使网间流通的通信量进行过滤和限制，有效地控制网络内的业务负荷，从而降低数据时延和保障子网安全。第28页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1928网桥可将一个较大的网络分割成若干个自含(self-contained)单元，从而能隔离故障，提高了网络的整体可靠性，以及无附加通信量、帧按顺序到达且不重复、低的差错率、低的拥塞损耗、通用的网络拓扑等。

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；第29页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1929网桥和中继器的比较

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5个网段的以太网，且不能超过一定距离。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。

第30页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1930网桥分隔两个网络的通信量地址解析与寻址数据过滤第31页，课件共110页，创作于2023年2月不同MAC子层的局域网的连接AFE网桥1DCBHGKIJ网桥3网桥2802.3802.3802.5802.4第32页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1932网桥转发所有广播数据第33页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1933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第34页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1934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）。第35页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1935网桥的分类三级联和多端口网桥三级连接连接三个端口第36页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1936网桥的分类四外桥内桥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。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，并且也不会影响文件服务器的性能，但是外桥需要增加额外的投资。

第37页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19372．透明网桥

透明网桥透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的各节点（系统）不负责路由选择；每个网桥接到数据帧后首先判断是否是所属端口的节点，是则转发到目标节点，否则丢弃。数据帧中只包含数据的源地址和目标地址，不包含经由的节点路径。第38页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1938图8.13透明网桥工作原理图第39页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1939表8-1 桥1端口1、端口2的地址选择表桥地址端口号LAN编号站点MAC地址桥1端口1（101）LAN1A～F的MAC地址桥1端口1（101）LAN2H、N的MAC地址桥1端口1（101）LAN3P、Y的MAC地址桥1端口2（102）LAN1A～F的MAC地址桥1端口2（102）LAN2H、N的MAC地址桥1端口2（102）LAN3P～Y站的MAC地址注：每个桥也都有自己的MAC地址。第40页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19403．源路由网桥

所谓的源路由法，其实现方法也是指所谓的标头指示法，就是在数据帧的帧标头中设置一个用于表示路由信息的字段(一般是作为标头域中的选项数据)。源路由的核心思想是假定每个帧的发送者知道接收者是否在同一网络中。当发送一个到别的网络去的帧时，源发站就将目的地址的高位设置为“1”作为标记。另外，它还在帧头加进此帧应走的路径信息。此路径的构造如下：每个网络都有一个惟一的12位标识号，例如“3”。但是在同一网络上的两个网桥的标识号必须不相同。路径是：网桥号，网络号，网桥号，网络号，网桥号，网络号，……的标识号序列。为方便起见，分别用字母BG和LAN来代表网桥和网络，它们的下标代表它们的序号，那么在图8-6中，从A到C的路径应为(BG1，LAN2，BG2，LAN3)。

第41页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1941图8-6源路由网桥应用实例

第42页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1942

源路由网桥只接收目的地址码高位为“1”的帧，并扫描帧头中的路径标识和经由的网络号。如果路由标识中包含经过本网桥的标号，就将此帧转发到路径标识中的下一个网络中去，否则则丢弃此帧。

由上可见，源路由网桥假定了每一个站在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的地的路由，因而在发送帧时已将详细的路由信息放在了该帧的首部。所以每个发送节点在发送数据前都要事先计算出数据经由的最佳路径，并插入到数据帧中。第43页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19434．两种网桥的比较

(1)

透明网桥是无联结方式的，因为每一个帧都是独立地选择路由的；源路由网桥则是面向联结方式的，因为源发站已经选择好了一条到目的站去的路径(通路)，所有发往该目的站去的帧都走这一条路径。

(2)在网桥的配置上，透明网桥对主机完全是透明的，而源路由网桥对主机不是透明的，因为主机必须知道一个网桥的标识号以及它被寻径到哪个网络上。

(3)在对网桥的使用上，透明网桥可以完全不需要管理，因为它的站表可以自动地适应网络拓扑的变化。源路由网桥必须由人工进行管理。但是也要看到，使用源路由网桥能获得最佳路径。若在两个网络之间使用并联的源路由网桥，则可使通信量能平均地分配给每一个网桥。用透明网桥则只能使用支撑树，它一般并不是最佳路由。

第44页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1944

(4)在对故障和拓扑的适应上，透明网桥可对网络拓扑变化做出迅速的反应和适应，而源路由网桥则只能靠主机广播发现帧来确定故障点，这显得慢得多。

(5)在实现的技术上，透明网桥比源路由网桥复杂得多，但使用源路由网桥时，各端系统要负责计算最佳路由。

最后应指出，实际中使用的网桥设备或网桥软件产品，一般都同时具有透明网桥和源路由网桥的双重功能。

第45页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19458．2．3网络同构互连及其互连设备

所谓“网络同构”是指：互连层选择在网络层上，使得这些网络的功能和特性从互连层开始以及以上的各层是同构的。在网络层上实现的互连设备是路由器(Router)，或者是网络层网关(Gateway)，它的内部机构所操纵和处理的对象是网间流通的数据分组或数据报。目前出现一种被称为“第三层交换机”或“路由交换机”的设备，它是在第2层交换设备(例如以太网交换机)的基础上又集成了路由功能和其他智能，既有集线交换能力又起到路由器的作用，因此它也属于网络层互连设备。

第46页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1946

1．网络层互连原理

根据IS08648标准，将网络层的功能集合划分为3个功能子层，即：

(1)子网接入子层：子网接入功能（SNACF）

(2)子网相关汇聚子层：子网相关汇聚功能（SNDCF）

(3)子网无关汇聚子层：子网无关汇聚功能（SNICF）网络层三个子功能对应的协议是

(1)子网接入协议SNACP；

(2)子网相关聚合协议SNDCP；

(3)子网无关聚合协议SNICP。

：第47页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1947图8-7IS08648标准对网络层的内部组织结构的划分

低层提供的服务低层提供的服务无法解决上传无法解决上传无法解决上传无法解决上传第48页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1948互连体系结构

按照在子网上实现OSI网络服务的不同方法,ISO8648提出了网络层互连的两套体系。其一称为逐跳法(Hop_by_Hop)。这种体制又称为"协议变换方式",它利用路由器进行不同子网之间的协议变换,使网间服务功能逐段调合到统一的服务层次上。此种互连的国际标准是以X.25PLP(分组层协议)作为统一的网络层协议。因为X.25提供的是面向连接的网络服务,所以逐跳法也称为连接方式的网际互连方案。

第49页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1949互连体系结构其二称为网际协议法(InternetworkingProtocol)。所有互连子网提取共同的网络服务功能,来支持端到端传送。各端系统之间与路由器执行相同的IP协议。此协议作为SNICP在各互连子网上提供统一的OSI网络服务。这种互连法以ISO8473定义的无连接方式网络协议作为网际互连协议,在网际提供OSI无连接方式网络服务。

第50页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1950图8-8网络同构互连原理图

协议变换方式网际协议法(InternetworkingProtocol)

第51页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19512．路由器及网间选径1.路由器的功能和特点路由器工作在OSI参考模型的网络层，属于网络层的一种互联设备。网络层互连需要解决的主要问题是如何在不同的网络之间存储、转发数据包。如果两个网络的网络层协议相同，则利用路由器互连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，异种网络互联与多个子网互联都是采用路由器来完成的。第52页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1952路由器的主要功能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，即路由算法是路由器的关键。路由器是网络层设备，集网桥、网关和交换技术于一身，用来连接局域网、园区网和企业网，也可将网络分段。隔离子网连接广域网。安全性与防火墙。监视每个用户的流量，利用动态滤波功能保证网络安全，只有不被过滤的用户才能获得相应的链路第53页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1953强化管理。路由器提供开放式最短路径优先协议（OSPF）。其特点如下: ①管理员可为指定目标站设置多条优 先路由，每条路由设置不同的时延、 高线速参数，从而为不同用户提供不 同的优先权服务。②优先权控制。为不同业务分配不同 的优先权等级，高等级优先转发。 ③负载平衡。当拥塞发生时启动冗余 链路，使高优先级业务优先转发，实 现负载平衡。加密、容错压缩与解压等。第54页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1954应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层路由器路由器路由器路由器计算机A计算机B传输介质传输介质图8-

路由器工作示意图第55页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1955路由器（Router）路由器的工作原理第56页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1956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。第57页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1957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OSPF第58页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1958路由信息协议RIP

RIP(RoutinginformationProtocol)是应用较早、使用较普遍的内部网关协议(InteriorGatewayProtocol,简称IGP)，适用于小型同类网络，是典型的距离向量(distance-vector)协议。

RIP通过广播UDP报文来交换路由信息，每30秒发送一次路由信息更新。RIP提供跳跃计数(hopcount)作为尺度来衡量路由距离，跳跃计数是一个包到达目标所必须经过的路由器的数目。如果到相同目标有二个不等速或不同带宽的路由器，但跳跃计数相同，则RIP认为两个路由是等距离的。RIP最多支持的跳数为15，即在源和目的网间所要经过的最多路由器的数目为15，跳数16表示不可达。第59页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1959路由信息协议RIPRIP协议是一种距离矢量协议，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。它根据源节点与目的节点之间的路由器或路程段的数目（也称为跳数）来决定发送数据包的最佳途径。它采用距离向量算法，计算出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(路由器数)的路径信息。除到达目的地的最佳路径外，任何其他信息均予以丢弃。

第60页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1960路由信息协议RIP的缺点：路由器的路由更新信息会占用更多的网络带宽；RIP路由协议最大跳数为15适用于小规模网络。RIP不能根据线路速率、延迟、带宽等因素确定最佳路径。第61页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1961开放最短路径优先OSPF

OSPF(Open

Shortest

Path

First)是一个内部网关协议(Interior

Gateway

Protocol,简称IGP)，用于在单一自治系统(autonomous

system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离向量路由协议。

链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。第62页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1962

OSPF路由器收集其所在网络区域上各路由器的连接状态信息，即链路状态信息（Link-State），生成链路状态数据库(Link-StateDatabase)。路由器掌握了该区域上所有路由器的链路状态信息，也就等于了解了整个网络的拓扑状况。OSPF路由器利用“最短路径优先算法(ShortestPathFirst,SPF)”，独立地计算出到达任意目的地的路由。

OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表。

第63页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1963开放最短路径优先OSPF特点OSPF是一种链路状态路由协议，除了收集路由器的数目外，OSPF还可以通过判断路程段之间的连接速率和负载平衡来确定发送数据包的最佳途径。OSPF可以支持大型的互连网络，它将网络划分为多个区域，采用层次型的路由选择。路由器更新信息时，每台路由器只发送与其自身相连的网络状态的信息，而不是整个路由表。通常情况下，用于更新链路状态的数据包很小，且发送并不频繁，因而大大减少了由此产生的网络通信量，从而减少了网络拥塞。在运行OSPF的网络里，各区域之间会进行路由选择，每个区域的内部路由选择是在区域内部进行，当某个区域存在链路故障又恢复的问题时，其他区域内的路由器则不会受影响，无需不断运行OSPF算法。第64页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1964路由器的分类单协议和多协议路由器第65页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1965（IPX：InternetworkPacketExchangeprotocol）互联网分组交换协议（IPX）是NovellNetWare操作系统所支持的在互联网络中路由数据包的早期网络协议。IPX是一种面向无连接通信的数据报协议－类似于TCP/IP协议组中的网际协议（即IP）。其高层协议，如SPX和NCP，主要提供差错恢复服务。为了选择最佳路径，IPX使用动态距离矢量（distancevector）路由选择协议，如路由信息协议（RIP：RoutingInformationProtocol）或链路状态协议（NLSP：NetWareLink-StateProtocol）。第66页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1966路由器的分类桥路由器（Brouters）第67页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1967路由器的分类本地和远程路由器第68页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1968路由器的基本结构原理路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。图8-路由器的基本结构第69页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1969整个的路由器结构可划分为两大部分：路由选择部分和分组转发部分。路由选择部分也叫做控制部分，其核心构件是路由选择处理机。分组转发部分由三部分组成：交换构件、一组输入端口和一组输出端口。下面分别讨论每一部分的组成。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，而是笼统地使用路由表这一名词。图8-3给出了在输入端口的队列中排队的分组的示意图。我们再来观察在输出端口上出现什么情况，如图8-4所示。第70页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1970图8-第71页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1971图8-第72页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1972图8-34早期路由结构路由器的工作原理简介①早期路由结构第73页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1973②插卡路由结构（1）任一时刻只有一对端口使用总线，其他端口需要等待，这就是过去路由器时延过大的原因，也是致命的缺点。（2）CPU转发决定由软件完成，普通CPU性能受到限制，后来改用ASIC芯片，加快了做出转发决定，又能实现转发队列优先级，减轻了中央CPU的负担第74页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1974图8-35插卡路由结构第75页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1975③纵横空分式交换结构图8-36纵横空分式交换结构第76页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1976④T级线速度纵横空分式交换结构图8-.37T级线速度纵横空分式交换结构第77页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19778-典型路由器的结构第78页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1978

(3)BGP和BGP-4路由协议

BGP是一种不同自治系统的路由器之间进行通信的外部网关协议。BGP是为TCP／IP互联网设计的外部网关协议，用在多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其他自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。一个自治系统中的IP数据报分成本地流量和通过流量。本地流量是起始或终止于该自治系统的流量。也就是说，其信源IP地址或信宿IP地址所指定的主机位于该自治系统中。其他的流量则称为通过流量。在Internet中使用BGP的一个目的就是减少通过流量。

第79页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1979自治系统AS可以将自治系统分为以下几种类型：

①残桩自治系统(stubAS)，它与其他自治系统只有单个连接。StubAS只有本地流量。

②多接口自治系统(multihomedAS)，它与其他自治系统有多个连接，但拒绝传送通过流量。

③转送自治系统(transitAS)，它与其他自治系统有多个连接，在一些策略准则之下，它可以传送本地流量和通过流量。

这样，可以将Internet的总拓扑结构看成是由一些残桩自治系统、多接口自治系统以及转送自治系统的任意互连。残桩自治系统和多接口自治系统不需要使用BGP——它们通过运行EGP在自治系统之间交换可到达信息。

第80页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1980图8-OSPF/RIPOSPF/RIPOSPF/RIP第81页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1981

BGP与RIP和OSPF的不同之处在于BGP使用TCP作为其传输层协议。两个运行BGP的系统之间建立一条TCP连接，然后交换整个BGP路由表。在路由表发生变化时，再发送更新信号。下一代互联网将以IPv6为核心技术,支持IPv6的唯一的IPv6域间路由协议边界网关协议是（BGP4+），BGP4+对于实现IPv6网的互联互通、完成IPv4到IPv6网络技术的平稳过渡起着非常关键的作用。

第82页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1982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。第83页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19838．3网络互连实例

第84页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19848．3．1因特网互连体系结构图8-9因特网组织结构一般形式

1．

因特网的组织结构通过“网间协议”IP将各级各类网络连接成一个逻辑上的整体第85页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19852．

因特网的互连功能结构

图8-10因特网的互连功能结构

第86页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1986因特网的网络层功能对应关系网间协议IP对应着“子网无关汇聚子层”

SNICP，完成SNICF功能；网络接口层即对应于“子网相关汇聚子层”，完成SNDCF功能。“子网接入子层”根据IS08648标准的定义，由具体物理网络(通信子网)提供网络服务NS的层次，它可能提供OSI标准的或非标准的、面向联结的或无联结的网络服务。

因特网设置“网络接口层”来完成对不同的子网服务到IP互连层上的服务汇聚，所以网络接口层的具体实现实际上是各种网络接口程序的集合。

最后由IP层作为互连网络层的最高子层(同构层)贯穿包括所有端系统在内的整个互联网络环境，向传输层提供一种统一的、以传输IP数据报方式的、无联结型网络服务。

第87页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1987

3．

因特网的网间通信

图8—11因特网的网间通信示意图

应用程序数据报IP数据报第88页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19888.3.2网际互连协议

IP向上提供无联结的、子网间“尽力传递”的数据报传输服务。

IP数据报传输服务的基本特征是：不要求预先建立虚拟的数据通路(如虚线路)；按““端系统→路由器→……→路由器→端系统”接力方式点对点传输；每个路由器尽量减少对数据报的处理过程，以尽快的速度转发它(例如：不对数

据差错进行校验，不作接收确认，不对分片进行重装，不排序等，故称“尽力传递”)：只将发现的差错和故障情况进行报告，向上一层递交处理。

第89页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1989因特网的网际协议IPIP协议配套使用的有下述四个协议。地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)逆地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)因特网控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)因特网组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)

图8-6画出了这四个协议和网际协议IP的关系。第90页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1990图8-第91页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1991

2．IP地址第92页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1992中国各互连网络的出口带宽第93页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/19932.IP地址在网络中，对主机的识别要依靠地址，而保证地址全网唯一性是需要解决的问题。在任何一个物理网络中，各个节点的设备必须都有一个可以识别的地址，才能使信息进行交换，这个地址称为“物理地址”（PhysicalAddress）。单纯使用网络的物理地址寻址会有一些问题：物理地址是物理网络技术的一种体现，不同的物理网络，其物理地址可能各不相同。物理地址被固化在网络设备（网络适配器）中，通常不能被修改。物理地址属于非层次化的地址，它只能标识出单个的设备，标识不出该设备连接的是哪一个网络。第94页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1994针对物理网络地址的问题，采用网络层IP地址的编址方案。Internet采用一种全局通用的地址格式，为每一个网络和每一台主机分配一个IP地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。通过IP协议，把主机原来的物理地址隐藏起来，在网络层中使用统一的IP地址。IP地址与域名第95页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1995IP地址的划分IP地址由32比特组成，包括三个部分：地址类别、网络号和主机号；第96页，课件共110页，创作于2023年2月2023/7/1996IP地址以32个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。为