网络互连技术

本章学习要求：了解：网络互连的基本概念

掌握：网络互连的类型与层次

掌握：典型网络互连设备的工作原理

了解：第三层交换技术与应用第1页/共49页消除息孤岛多种网络平台并存有时需要把大的LAN划分成更小的LAN网络的安全可靠性的需要

6.1网络互连的基本概念

为什么要互连？第2页/共49页6.1.1网络互连的概念

网络互连（Internetworking）是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互连网络系统，并实现互连网络资源的共享；互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。

第3页/共49页同构网络：指互联的两个网络从应用层到逻辑链路控制子层，相对应的层次采用相同的协议，而对数据链路层中的MAC子层和物理层这两层中的对应层次可遵循不同的协议。异构网络：是指不同类型网络，这些网络至少从网络层到物理层的协议都不相同，甚至从应用层到物理层所有各层对应层次的协议都不相同。第4页/共49页6.1.2网络互连的要求

不同网络互连要解决以下几个方面问题：(1)不同的编址方案每种网络有不同的端点名字、编址方法与目录保持方案，需要提供全局网络编址方法与目录服务。(2)不同的分段(最大分组尺寸)在互连的网络中，分组从一个网络传送到另一个网络时，往往需要分成几部分，这称为分段。(3)不同的网络访问机制对于不同的网络，访问控制机制可能是相同的，也可能是不同的。第5页/共49页(4)不同的超时面向连接的传送服务总要等待应答响应，如超时后仍没有接到响应，则需要重传。但在互连的网络中，数据传送有时需要经过多个网络，这需要更长的时间，因此应设定合适的超时值，以防止引起不必要的超时重传。(5)差错恢复各个网络有不同的差错恢复功能，互联网络的服务既不应依赖也不应影响各个网络原来的差错恢复能力。(6)状态报告不同的网络有不同的状态报告，互联网络还应提供网络互连的状态报告信息。第6页/共49页(7)路由选择技术网络内部的路径选择一般依靠各个网络特有的差错检测与拥塞控制技术，而互联网络应具有在不同网络之间进行路由选择的能力。(8)用户访问控制不同的网络有不同的用户访问控制方法，用于管理用户对网络的访问权限。互联网络也需要具有对不同网络的用户访问权限的控制能力。(9)连接和无连接服务不同的网络可能提供面向连接的服务，或无连接的数据报服务。互联网络的服务不应该依赖于原来各个网络所提供的服务类型。第7页/共49页网络互连的功能

基本功能基本功能是指网络互连所必需的功能，包括不同网络之间传送数据时的寻址与路由功能选择等功能；扩展功能扩展功能是指当互连的网络提供不同的服务类型时所需的功能，包括协议转换、分组长度变换、分组重新排序及差错检测等功能。

第8页/共49页6.2网络互连的类型与层次

6.2.1网络互连的类型１．局域网－局域网互连（LAN—LAN）２．局域网－广域网互连（LAN—WAN）３．广域网－广域网互连（WAN—WAN）４．局域网－广域网－局域网互连（LAN–WAN–LAN）第9页/共49页LAN—LAN桥接器桥接器路由器第10页/共49页LAN—WANWANLAN路由器第11页/共49页WAN—WANWANWANWANWAN路由器路由器路由器第12页/共49页LAN–WAN–LANWANLANLANLAN路由器第13页/共49页6.2.2网络互连的层次互连（Interconnection）是指在两个物理网络之间至少有一条在物理上连接的线路，但不能保证两个网络一定能进行数据交换，这取决于两个网络的通信协议是否相互兼容；互通（Intercommunication）是指两个网络之间可以交换数据；互操作（Interoperability）是指网络中不同计算机系统之间具有透明访问对方资源的能力；第14页/共49页注意：互连是基础互通是手段互操作是目的第15页/共49页网络互连的层次

从协议的层次看，可以把网络互连分成下列层次：

·物理层互连，使用中继器或转发器（repeater）。中继器用于同种网络的物理层上，对接收信号进行再生和发送，扩大一个网络的作用范围。

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中继器主要用于扩展传输距离，其功能是对从一条电缆上接收的信号进行再生，并发送到另一条电缆上。。。。算不算真正的网络互连？？第17页/共49页

中继器只是网络段的互联设备而非网络的互联设备。中继器也能把不同传输媒体的网络连在一起。第18页/共49页中继器实物第19页/共49页数据链路层互连，使用网桥或桥接器（bridge）,在数据链路层对帧信息进行存储转发。第20页/共49页网络层互连，使用路由器（router），在网络层存储转发分组。比网络层高的层次互连，使用网关（gateway），又称网间连接器、信关或联网机。由于对运输层及运输层以上的协议进行转换，所以网关实际上是一个协议转换器。它可以是双向的，也可以是多向的。网关是中继系统中最复杂的一种。第21页/共49页6.3典型网络互连设备的工作原理

6.3.1网桥

网桥的应用环境：一个单位的多个部门局域网的互连；办公楼之间局域网的互连；将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互连。第22页/共49页网桥的基本特征

网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥能够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互连的网络之间的通信；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。第23页/共49页注意１：网桥可以用于互联符合IEEE802标准的，诸如CSMA／CD总线网、令牌环网或令牌总线网。第24页/共49页

网桥的作用并不仅仅能分隔网络，更能改善网络整体性能！注意２：第25页/共49页提示：当一个网络由于负载很重而性能下降时，可以用网桥把它分成两个小局域网，这样可使整个互联网的性能变好。

为什么？

小局域网内的通信量总是高于网间的通信量。第26页/共49页网桥的分类

透明网桥

（TransparentBridge）

透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择；源路径(源路选）网桥

（SourceRoutingBridge）

源路径网桥由发送帧的源结点负责路由选择。即网桥假定了每个结点在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由，源结点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧的首部。思考：源站如何选择路由？

第27页/共49页网桥与广播风暴

第28页/共49页6.3.2路由器

路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议；

路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每一个局域网都是独立的子网。第29页/共49页路由器实物第30页/共49页路由器的工作原理

第31页/共49页多协议路由器的工作原理

第32页/共49页典型的路由器产品

Cisco公司的Cisco系列路由器3Com公司的OfficeConnectNetBuilder系列Nortel公司的Accelar系列Intel公司的ExpressRouter系列华为公司的Quidway系列

第33页/共49页典型企业网结构第34页/共49页6.3.3网关

第35页/共49页网关的基本类型

网关通过使用适当的硬件与软件实现不同网络协议之间的转换功能；硬件提供不同网络的接口，软件实现不同互连网协议之间的转换。

第36页/共49页网关实现协议转换的方法

网关直接将输入网络的信息包的格式转换成输出网络信息包的格式；第37页/共49页网关要进行n(n-1)种协议转换！N越大，协议转换增加越快！如何简化？第38页/共49页通过互联网进行网络互联n(n-1)？？第39页/共49页6.4第三层交换技术与应用

6.4.1第三层交换产生的背景

增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径可以有两个：一是采用光纤作为传输介质，增加传输通道的带宽；二是研究出性能更优越的路由器产品，提高网络数据交换能力;高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重点研究的问题之一;将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短路由器对数据包的处理时间，提高网络数据交换能力，由此产生了第三层交换的概念。第40页/共49页6.4.2网桥、交换机与第二层交换

局域网交换机与传统的集线器相比较，具有低数据传输延迟、高传输带宽的明显优点；网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而局域网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的；第41页/共49页局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具有低交换传输延迟、高传输带宽的优点；通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处理的延迟时间由网桥的几百个μs减少到几十μs。第42页/共49页6.4.3第三层交换技术与产品

第三层交换技术：将局域网交换机的设计思想应用在路由器的设计中，就出现了第三层交换的概念；通过硬件来实现第三层交换的路由器，在网络层协议类型上受到一定的限制。

第43页/共49页传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而第三层交换的路由器通过专用集成电路芯片来实现路由选择功能，将数据包处理时间从传统路由器的几千μs减少到几十μs，大大缩短数据包在交换设备中的传输延迟时间；典型的第三层交换产品

Cabletron公司的SmartSwitch系列路由器

Foundry公司的BigIron系列与SererIron系列交换机PacketEngines公司的PowerRail系列交换式路由器Cisco公司的4000系列、5000系列、6000系列与8000系列交换式路由器

小结

网络互连是将分布在不同地理位置的网络连接起来，以构成更大规模的互连网络系统，实现更大范围内互连网络资源的共享；网络互连类型主要有：局域网-局域网互连、局域网-广域网互连、局域网-广域网-局域网互连，以及广域网-广域网互连；根据网络层次的结构模型，网络互连的层次可以分为：在数据链路层实现互连、在网络层实现互连，以及在传输层及以上的各层实现互连；基本的互连的设备有网桥、路由器与网关；

网桥是在数据链路层上实现网络互连